Valot polkupyörään

Sisälmysluettelo

Tavoite

Halusin saada pyörääni toimivat valot, jotka toteuttavat seuraavat ehdot:

Lähtökohta

Alussa oli polkupyörä. Niin ja kuski, ja valoina CatEyen DayLites, jossa oli valmiina 6V lyijyhyytelöakku sekä kaksi lamppua: 6W laajakulma ja 10W kapeampikeilainen "spotti". Minulla oli aikaisemmin ollut Shimanon 6V/3W napadynamo ja sen ruokkimana 2,4W etummainen ja 0,6W takimmainen valo, jotka olin todennut valotehoiltaan riittäviksi, kunhan pyörä eteni vähintään reipasta kävelyvauhtia.

Tietoa netistä

Jos alussa oli polkupyörä, niin oikeastaan jo ennen sitä eli suunnilleen samoihin aikoihin kun tilasin nykyisen putkikamelini, aloin haeskella tietoa asiasta, etenkin muiden ennen minua tekemistä ratkaisuista samaan ongelmaan. Hyödyllisimmiksi, tai ainakin mielenkiintoisimmiksi osoittautuivat uutisryhmöt sfnet.harrastus.fillarit ja sfnet.harrastus.elektroniikka; etenkin jälkimmäisen FAQ. Myös seuraavista sivustoista oli selvää hyötyä:

Mittaukset

Jostain päin nettiä (linkki hukkunut) löysin tuloksia jonkun tekemistä mittauksista siitä millaisia tehoja Schmidtin 6V/3W napadynamosta sai ulos eri nopeuksilla ja eri kuormilla. Koska täällä päin maata Shimanon tuotteiden saatavuus oli parempi, päätin hankkia virvelitehtaan navan (HB-NX70), rakentaa (rakennuttaa) sen ympärille etukiekon ja tehdä vastaavat mittaukset. Lainasin kaverilta vapaat rullat (sellainen vempele, jonka päällä voi ajaa sisätiloissa; sana vapaa tarkoittaa tässä yhteydessä sitä että takapyörän alla olevat rullat pyörittävät hihnan välityksellä etupyörän alla olevaa - pyörää pitää pystyssä vain ajaja ohjausliikkeillään), vedin piuhat etunavasta mahdollisen tasasuuntaussillan (4 kpl shottky-diodeja ja 4,7mF suotoelko) kautta tehovastukselle, yleismittari vielä mukaan ja ei kun polkemaan tuloksia.

Tärkeimmät havainnot:

  1. Käytettäessä 6V/3W vastaavaa 12 ohmin kuormaa antaa napa 6V noin 15km/h vauhdilla, tehot eivät kasva viidessäkympissäkään neljään wattiin.
  2. Pieniohmisillakaan kuormilla virta ei kasva paljoa 0,5A suuremmaksi.
  3. Suuriohmisillakin kuormilla päästään noin puolen ampeerin virtoihin kunhan vauhtia on tarpeeksi. Tehoa tulee tällöin reilusti yli 3W, esim. 45km/h vauhdista saatiin yli 9W.
  4. Dynamon kyky antaa tehoa tasasuuntauksen yli on perin heikko. 3W teho saadaan vasta 30km/h nopeudella, ja sittenkin vain noin 50 ohmin tai isommilla vastuksilla.
  5. Jos kuormaa ei ole (ääretön resistanssi), jännitteet nousevat etenkin tasasuunnattuna nopeasti kohtuuttomuuksiin. 60km/h vauhdissa mitattiin vaihtojännitettä 43V, ja tasasuunnatussa tapauksessa suotokonkassa (kesto 35V) oli noin 20km/h nopeudessa jo 30V! Laskeskelin että viidessäkympissä olisi ollut toistasataa volttia jos konkka ja diodit olisivat moisen kestäneet.
  6. Samaan napaan perustuen voisi rakennella 12V/5W systeeminkin, vaatisi tosin toimiakseen n. 25 km/h nopeudet.

Kytkentä

Alku oli helppo: totesin DayLitesin 6W polttimon olevan kannaltaan identtinen tavallisen 6V/2,4W polttimon kanssa. Saatoin käyttää olemassaolevaa lyhtyä lähes sellaisenaan. 4Ah lyijyhyytelöakku tuntui kärpäsen ampumiselta norsupyssyllä, mutta sai kelvata.

Mittaustulokset saivat minut hylkäämään ensimmäisen suunnitelmani, joka oli yksinkertaisesti kytkeä tasasuunnattu ja suodatettu dynamon ulostulo rinnan akun kanssa valoja käyttämään. Näin olisin päätynyt ottamaan akusta tehoa ajaessanikin ja lataamaan sitä vain valojen ollessa pois päältä. Parannettu ratkaisu olikin kytkeä etuvalo suoraan dynamolle, ja valon kanssa rinnan on akkua lataava tasasuuntaussilta joka ei huoli virtaa sisäänsä ennen kuin dynamon jännite nousee kahden diodin kynnysjännitteen verran yli akun napajännitteen eli noin 7,4 volttiin, jos käytetään tavallisia piidiodeja.

Kytkentä

kuva kytkennästä

Vasemman alalaidan kytkimet ovat jarruissa olevia antureita (yksi kummallekin jarrulle), jotka sulkeutuvat jarrutettaessa. Oikeassa alalaidassa taas on kuvattuna taka- ja jarruvalot, jotka kuvasta poiketen koostuvat itse asiassa kahdesta ja kahdestatoista punaisesta ledistä etuvastuksineen.

Jännitemittari

kuva jännitemittarista

Piirroksen vasemmanpuoleiset osat (ne, jotka ovat koko ajan kytkettyinä, kytkimen asennosta riippumatta) toimivat ylijännitesuojana: ledi syttyy kun napajännite nousee noin seitsemään volttiin ja noin yhdeksässä todetaan että akku on varmaankin irti ja dynamo lataa pelkkää suotoelkoa, joten puretaan konkkaa 10 ohmin tehovastuksen kautta.

Kehittyneempi kytkentä

Jotta käyttäjän ei itse tarvitsisi käännellä akku/dynamo-kytkintä (kuvassa K A), lähdin suunnittelemaan systeemiä, joka kytkee automaattisesti dynamon lamppua ruokkimaan kun vauhtia tulee tarpeeksi. Projekti osoittautui huomattavan ongelmalliseksi, ja suunnitelma jos toinenkin jouduttiin hylkäämään. Omat reunaehtonsa asetti tavoitteeni saada laite tyydyttävissä määrin toimivaksi myös silloin virtalähteistä vain toinen sattuu olemaan mukana. Rele ei voinut tulla kysymykseen, sillä 6V releet vaativat yli 100mA ohjausvirran, mikä olisi liian suuri osuus dynamon tuotosta. Tavanomaiset BJT-transistorit aiheuttavat noin 0,7V jännitehäviön kukin, ja koska kytkimiä tarvitaan kummallekin puolelle lamppua, jännitettä menisi haaskuun yhteensä puolisentoista volttia, mikä tarkoittaisi akkua käytettäessä lamppuun pääsevän tehon laskemista noin puoleen ja valotehon laskua vieläkin enemmän. Nähdäkseni ainoa mahdollisuus saada laite täyttämään ehtoni on käyttää kytkiminä (mos)fettejä, missä vaihtoehdossa taas on kaksi ongelmaa: 1) fetit, joista voi ajaa läpi 0,5A virtaa (6V/3W) eivät ole kovinkaan yleisiä taikka halpoja ja 2) Sulku-fetit (depletion) ja jfetit tuntuvat ovat aivan erityisen harvinaisia ja vaikeasti saatavia, etenkin suuria virtoja kestävät.

Kommentteja ja havaintoja

Ei ole vielä - laitetta ei ole rakennettu!

Käyttökokemuksia

Ei ole vielä - laitetta ei ole rakennettu!

Kuvia

Ei ole vielä - laitetta ei ole rakennettu!


Takaisin sivun alkuun
Palautetta rakentajalle taikka sivun ylläpitäjälle saa lähetellä osoitteeseen vislahde <miukumauku> gmail <piste> com