Trampgenerator

[arvidb]

I juli förra året så vädrade jag idén om att bygga en trampgenerator, och även om det har varit tyst i den tråden sedan dess så är det faktiskt ett projekt på gång!

Augusti 2011: Generator inhandlad!

DSC_3629_cs.jpg

Detta är en 1.8 kW trefas servomotor. Det låter kanske i överkant men det är det inte (i alla fall inte så mycket)!

1800 W / 230 VAC = ca 7,8 A. Jag siktar på en busspänning på ca 48-60 VDC. Lyckas man då toppa 500 W när man trampar så blir det 500 W / 48 VDC = ca 10,4 A! Nu brukar såna här servomotorer klara åtmistone 3x märkströmmen under en kortare period, så visst, det hade antagligen gått utmärkt med en servomotor på 1 kW också.

Denna dök dock upp på tyska Ebay, och eftersom den saknade drivare och inte har inkrementell enkoder (bara resolver) så var jag nästan ensam budgivare. Inkl frakt blev det 708:-.

Honan till anslutningsdonet följde inte med och det verkade enklare att helt enkelt skippa anslutningsdon istället för att försöka hitta rätt, säkert svindyr, honkontakt.


Här mäter jag motor-EMK efter likriktning och med olika laster:

DSC_3734_s.jpg

Varvtalet mäts med frekvensmätarläget på multimetern (Fluke 17B, inköpt på DealExtreme, funkar bra!). Jag har satt en magnet på motoraxeln och multimetern är kopplad till en liten spole som jag lindade själv någongång i forntiden (den låg kvar i en låda ). Motorn drar jag runt med skruvdragaren.

Resultat:

40 VDC ut, 0 A => 0,49 Vs/rad
13 VDC ut, ca 3 A => 0,35 Vs/rad
Typskylten säger 0,46 Vs/rad.

Allt detta för att lista ut vad som kan vara lämplig remhjulsdia för att få rätt varvtal och därmed rätt spänning vid "bekväm" tramphastighet på cykeln! (Cykeln var faktiskt det första som inhandlades; bilder kommer nedan!)

48 [V] / 0,4 [Vs/rad] = 120 rad/s (ca 1100 RPM) på generatorn. Svänghjulet på cykeln är 530 mm och lämpligt varvtal där verkar vara 240 RPM (också mätt med frekvensräknare):

530/(1100/240) = ca 115 mm remhjulsdia.


September 2011: Remhjul 112 mm "B" med Taperlock-bussning inhandlad för 266:- på ebay.de. Jag glömde ta bild på denna och på monteringsplattan i aluminium som jag beställde från Open här på EF i oktober. Just nu är det hela monterat och svårt att fotografera, men jag ska se till att ta lite bilder sen när det är dags för isärmontering för målning.


Cykeln!

DSC_3768_s.jpg

En gammal (gedigen, tung!) Monark med rejält svänghjul. Gick på 100:- + att min snälla kompis som ställde upp på att köra och kånka denna tvärs igenom hela Stockholm en tidig lördagsmorgon (enda tillfället att hämta den) fick 300:- för besväret.

Här måttar jag monteringshål för konstruktionen som ska hålla motorn. På svänghjulet ligger även V-remmen som jag tänkt använda, 8 fot "PowerTwist B", inköpt på Ebay UK för 499:-. Himla trevlig rem detta - man delar den till lämplig längd själv och behöver alltså inte plocka loss hjulet för att montera den heller!

Innan detta hade det hela blivit provtrampat också, med tjejen som hjälp och med handhållen motor och ett par H4-lampor som last. Inga större problem att komma upp i 200 W (en kort stund), trots att jag är totalt otränad.

Maj 2012: Efter flytt och diverse annat så håller nu lådan på att ta form:

DSC_3852_s.jpg

Så här ser den ut idag:

DSC_3865_s.jpg

Den är lättrampad nu utan last, men det är ändå lite spännande att känna att remmen faktiskt har en del friktion ändå. Den stannar ganska snabbt när man slutar trampa; mycket snabbare än t.ex. ett fritt cykelhjul.


På att-göra-listan står närmast:

* Bygga in remmen lite bättre längst ner där den går på svänghjulet. Klämrisk! Samtidigt måste det gå att komma åt att rulla av och på remmen där.
* Måla/lacka lådan. Efter att ha kollat runt lite tänkte jag testa Rustas vattenbaserade lackfärg. Alternativen är oljebaserade färger (lösningsmedel, kan inte målas inomhus, är skadligt för vattenlevande organismer och rester ska tas om hand som farligt avfall) eller tvåkomponentsfärg av nåt slag. De senare är nästan ännu otäckare än oljefärgerna...
* Montera likriktare och panelmeter (åtm voltmeter, amperemeter är bonus). Tanken är att kunna ansluta förbrukare via nåt slags DC-don på cykeln.

Sedan vore det kul att testa olika laster... lite LED-belysning, en Pandaboard, varför inte testa en vattenkokare (kopplar man en 230 VAC/2 kW kokare direkt till cykeln bör det bli ganska lagom träning), ...

Steget efter det blir kanske en uppsättning LiFePO4-batterier. Så får man testa att bygga laddregulatorer också!

DSC_3867_cs.jpg

Voltmetern har tyvärr sprucket glas (och egentligen lite för lågt mätområde). Det är ingen som vill bli av med en liknande (hel) mätare, ca 0-75 VDC? (Och matchande amperemeter kanske? )


Inköpsställen:

* Träningscykel: Blocket, 100:- + 300:- transport
* Generator: ebay.de (surpreme2k), 708:- inkl allt
* Rem "Fenner Drives Power Twist Plus B 5/8": ebay.co.uk (ohioblademan), 499:-
* Remhjul "Keilriemenscheibe SPB/17 112 x 1 mit Taper-Spannbuchse": ebay.de (lasse525), 266:- inkl allt
* Motorplatta aluminium: Open, 400:- + frakt 38:-
* DC/DC-omvandlare, MeanWell "SD-50C-5", 36-72 VDC in, 5 VDC/10 A ut: http://www.elpro.org
* DC/DC-omvandlare, MeanWell "SD-100C-12", 36-72 VDC in, 12 VDC/10 A ut: http://www.elpro.org

[adent]

Riktigt fränt projekt, jag har länge velat göra något sådant. Det som inspirerade mig var ett symaskinstrampbord med rejält svänghjul som skomakarkompisarna hade, man sitter och vickar fötterna fram och tillbaka.

Det sägs att en människa långvarigt bara orkar producera 100Watt mekanisk energi /(cykel)...


MVH: Mikael

[arvidb]

Tackar!

Jo runt 100 W (80 W) under en hel arbetsdag är vad jag också har hört.

Jag kopplade in en 40 W-last (billampa kopplad genom 12 V DC/DC-omvandlare) och det märks knappt i början. Efter 15 minuters trampande så börjar det kännas dock. Inte så att man är jättetrött, men det spänner lite i musklerna och börjar bli lite svettigt.

Jag inser att man nog vill ha något slags kontrollpanel på cykeln där man kan koppla in och ur olika laster medan man trampar...

För övrigt så verkar det fungera riktigt bra med en konstantlast på detta sätt. Eftersom omvandlaren fungerar mellan 36 och 72 V så kan man själv hitta den bekvämaste tramphastigheten (och man kan ju även variera sig om man vill). Ju snabbare man trampar desto lättare går det, eftersom lasten är konstant och effekten är proportionerlig mot varvtal gånger trampmotstånd. Med denna lilla last går det dock knappt att känna någon skillnad i trampmotstånd vid olika hastigheter. Men jag antar att den finns där ändå!

[ghost_rider]

100 spänn för monarken???!?!
De krängs numera för ~ +1000kr!

[arvidb]

Ja, jag hade lite tur där!

Den är dock inte helt hundra i skicket. Jag borde nog plocka isär vevhuset (där tramporna sitter) och kolla lagren. Det "knakar" när man trampar, en gång per varv. Och svänghjulet är ganska rejält obalanserat; trampar man upp den i ~100 trampvarv per minut så börjar hela maskinen gunga/skaka ordentligt. Och då är den ändå rejält tung, och har mig sittandes på!

Sen behöver väl kedjan rengöras och smörjas också...

[ghost_rider]

låter som trampknak. Prova att spänna pedalerna bara

[arvidb]

Stort tack för det tipset! En liten åtdragning av ena trampan fixade det, precis som du sagt!

[arvidb]

Ett par bilder till:

Likriktare, kondensatorer (2x 63 VDC, 6800 µF kopplade i serie, med utjämnings-/bleedermotstånd över) och 36-72 VDC -> 12 VDC switchregulator monterat i låda:

DSC_3886_ls.jpg

Och så här ser det ut när man cyklar. Last är 55 W halogenstrålkastare. Båda instrumenten i bild mäter inspänningen till switchregulatorn. Trampvarvtalsmätaren i nederkanten av bilden visar ca 70 RPM.

DSC_3896_rcs.jpg

[arvidb]

Jag plockade upp en överbliven vattenkokare från källaren igår och kopplade in den direkt efter likriktaren. Det är jobbigt att koka upp vatten! Faktiskt är det så att värmeförlusterna från vattenkokaren är så stora att jag inte kan få upp vattnet till mer än 75 °C på egen hand. När jag och tjejen turades om att trampa fick vi upp det till 80 °C.

1 dL till 75 °C kräver ca 15 minuters jobb, där jag presterar ~50 W de första 8-10 minuterna, sedan höjer till ca 100 W, och sedan en spurt på ca 15 sekunder och >300 W. Sen är jag helt slut!

Jag ska fortsätta att experimentera med att isolera kokaren lite bättre. Det vore kul att faktiskt lyckas koka vattnet!

[adent]

Blir det inte för låg spänning till vattenkokaren så du inte riktigt får ut allt? Kanske skulle det gå bättre med en 12V vattenkokare?

[Klas-Kenny]

Häftigt projekt!

Synd bara att det känns så svårt att motivera ett dylikt bygge, att typ ladda batterier och liknande tänker man ju att det ändå drar så lite ström = kostar så lite...

[arvidb]

adent: Njae, det beror på hur du menar. Vattenkokaren är ju på 2000-2400 W vid 220-240 VAC, men så hög effekt klarar inte en människa att generera.

Värmeelementet i vattenkokaren är på 24 Ω, och effekten är P = U²/R:

Kod: Markera allt

     U      P
  -----------
  10 V    4 W
  20 V   17 W
  30 V   38 W
  40 V   67 W
  50 V  104 W
  60 V  150 W
  70 V  204 W
  80 V  267 W
  90 V  338 W

Eftersom spänningen är helt beroende av hur fort man trampar så kan man reglera effekten genom att trampa fortare eller långsammare. Bekvämt trampvarvtal på min generator ger en spänning på mellan 30 och 60 V ca, men 90 V är inget problem heller. Jag har trampat upp den i närmare 120 V utan last.

En 12 V vattenkokare drar så hög effekt vid så låg spänning att det skulle bli otroligt segt att trampa.

[arvidb]

Klas-Kenny: Tackar! Ja enda anledningen att bygga nåt sånt här är att det är kul och lärorikt. Man får en helt annan känsla för detta med energi efter att ha testat att driva lite olika saker med benkraft!

Dessutom är det ganska fascinerande att känna hur svårt det är att skatta momentan muskelbelastning. När jag först testade att trampa helt kort med vattenkokaren inkopplad så trodde jag att det var fel på den. Jag kände inte att det var en last på ~200 W inkopplad! Jag mätte och hade mig och kunde inte hitta något fel, så jag testade igen, och insåg att efter 15 sekunder började det kännas rejält! Inte ens 300 W är något problem ett kort tag om man är fysiskt utvilad.

Jag tänkte häromdan att en sådan här cykel skulle vara obligatorisk utrustning i varje fysiksal på gymnasiet. Mycket effektiv demonstration av grundläggande fysik (energi, effekt), ellära (effekt, spänning, ström), och dessutom blir det ju en livs levande diffekvation när man försöker koka upp vatten som jag gjorde, i en inte tillräckligt isolerad kokare.

[adent]

Lite trådarkeologi, men snubblade över denna, passar bra i den här tråden
Verkar som om man med nöd och näppe klarar att rosta en skiva bröd om man
är elitcyklist

https://www.youtube.com/watch?v=S4O5voOCqAQ