Shaker - czyli latarka ładowana przez potrząsanie

[Majsterkowicz]

Witam wszystkich!

Jako, że sezon na rowery coraz bliżej (przynajmniej taka ma nadzieja ) postanowiliśmy się wyposażyć ze szwagrem w latarki awaryjne, które będzie można użyć w każdych warunkach, bez dostępu do zewnętrznych źródeł energii, celem naładowania ogniw.

Mianowicie zainspirował nas filmik:
[youtube]http://www.youtube.com/watch?v=tHg51GOzCXU[/youtube]

Latarka jak widać złożona z tak ograniczonej ilości elementów, jak się dało, czyli;
- drut nawojowy,
- kondensator dużej pojemności,
- magnes neodymowy,
- mostek Graetza,
- dioda LED,
- wyłącznik.

Wszystko działa, widać na załączonym obrazku.
Jednak zastanawia nas pewien fakt, mianowicie autor filmiku mówi o 10 minutach świecenia diody po naładowaniu kondensatora (załóżmy do tych 4V). Wychodząc z prostego wzoru na pojemność kondensatora (patrz drugi ułamek):

... wyszło nam, iż pojemność kondensatora, przy założeniu pobieranego przez diodę prądu I=0,02A, czasie t=600s oraz napięciu jakie potrzebuje do świecenia U=3V; musiałaby wynosić dokładnie 4F. To jakby nie patrząc, 4x więcej niż wynosi pojemność kondensatora na filmiku.

Pierwsza kwestia, to na ile faktycznie starczy w pełni naładowany kondensator 1F do napięcia przewodzenia diody (ew. nieco powyżej)? Według wzoru byłoby to 175s (I=0,02, U=3,5V, C=1F).
Kolejną kwestią, nad którą się głowimy, to czy opłacalne byłoby dać zamiast kondensatora, pakietu 3s1p akumulatorków AAA o pojemności np. 750mA?
Skoro zastosowalibyśmy akumulatorki jako magazyn energii elektrycznej, to jak je prawidłowo ładować?
Na szybko, wymyśliłem schemat stabilizatora (załącznik), aby na wyjściu (prawa strona) było napięcie nie przekraczające napięcia naładowanych ogniw. Tranzystor dobrany przypadkowo, ma on za zadanie regulować prąd jaki może płynąć do ogniw. Rezystor R1 ogranicza prąd bazy, a tym samym prąd na wyjściu emitera.
Być może jest to błędnie zaprojektowany schemat, dlatego też wolę się wcześniej skonsultować z Wami
Nadmienię, że planujemy dać diodę SMD5050, która potrafi pożreć 60mA, a gdy ta okaże się zbyt prądożerna na nasze możliwości, zejdziemy na Super Fluxa, który ciągnie 40mA

Ostatnią kwestią jest generowanie odpowiedniego napięcia na cewce oraz możliwości prądowe. Czy są jakieś proste zależności, dzięki którym będziemy mogli chociaż oszacować przekrój drutu oraz liczbę zwojów chcąc uzyskać pożądane napięcie (5V) oraz zacny prąd? Dodatkowo, jak do tego wszystkiego ma się moc magnesu, a dokładnie strumień magnetyczny jaki wytwarza?

Jeżeli chodzi o gabaryty, to nie chcemy przekroczyć średnicy magnesu d=20mm, a korpusu latarki D=30mm. Reszta wymiarów jest nieistotna.

Liczę na pomoc z Waszej strony
Pozdrawiam

[Rysiu.]

Miałem taką latarkę jak te z początku filmiku i faktycznie potrafiła świecić przez 10min problem w tym że po kilku minutach było po prostu widać że dioda świeci ale żeby to miało coś oświetlić to raczej nie bardzo.

Druga rzecz że plastik od potrząsania się po prostu rozsypał bo magnes był dosyć spory i nawet gumowy odbojnik w tym nie pomógł.

[Majsterkowicz]

Czyli wnioskować można, że zadziałała tutaj charakterystyka diody LED, która przy obniżeniu napięcia na kondensatorze, pobierała coraz to mniejszy prąd, co poskutkowało tak zacnym czasem świecenia

Dlatego też, chcemy zastosować akumulatorki, które potrafią oddawać energię przez dłuższy czas, przy stałej jasności diody LED.

Aha, teraz przyszło mi na myśl. Czy ktoś z Was spotkał się kiedyś z prostym przelicznikiem Faradów na Ah? To by wiele rozjaśniło w kwestii magazynowania energii

[maciex93]

Superkondensatory są różne fajne od 1F do 1000F, ale w przyzwoitych cenach to takie do 50F są.
A jeżeli by iść w stronę akumulatorów to dużo lepszą opcją będą jakieś li-po niż słabe AAA.

[Majsterkowicz]

A ładowanie li-po? Wystarczyła by przeróbka z ładowarki e-papierosa? Dostępna jest na fasttechu za "grosze"

[ElSor]

Czy ktoś z Was spotkał się kiedyś z prostym przelicznikiem Faradów na Ah?

1 Farad to 1 Ampero sekunda przez 1 Volt.
1F x 1V = 1As

Dla przykładu:
1F x 4V = 4As
4As = 0,00111...Ah=1,111...mAh (1As=1/3600Ah)

[Majsterkowicz]

Czy ktoś z Was spotkał się kiedyś z prostym przelicznikiem Faradów na Ah?

1 Farad to 1 Ampero sekunda przez 1 Volt.
1F x 1V = 1As

Dla przykładu:
1F x 4V = 4As
4As = 0,00111...Ah=1,111...mAh

Jakie to proste!

[ElSor]

Tylko dodam, że dla podanej latarki z kondensatorem naładowanym do np 4V i rozładowanym do powiedzmy 3V (bo niżej już dioda nie świeci) użyteczna pojemność wyniesie tyle co dla różnicy napięć, czyli 1/4 z 1,111..mAh ~0,28mAh

[Majsterkowicz]

Dobrze mówisz, Kolego...
Czyli idąc dalej za tokiem myślenia, wybierając dajmy na to dwa superkondensatory 10F, łącząc je szeregowo dla zwiększenia napięcia uzyskujemy wypadkowe 5F. Zakładając, że takowy zestaw będzie można naładować do 5V oraz rozładować diodą do 3V (dla jej efektywnego świecenia) z zenerem ograniczającym napięcie, będziemy mieć oszałamiające 2,7 mAh. Szybko licząc, da nam to czas świecenia diodą o poborze prądu 20mA - 486 sekund, czyli 8 minut i 6 sekund
Ogólnie rzecz biorąc, całkiem znośnie, aczkolwiek także bez rewelacji

Czy propozycja podana przez maciex93 z małymi li-ion byłaby lepsza? Oczywiście doszłaby do tego ładowarka, która potrzebuje w miarę stabilnych 5V na wejściu.

[ElSor]

Liion znacznie lepsza nawet lipol jakiś mały np z zestawu słuchawkowego. Można ew zaryzykować i zrobić cewkę na 4,5-5,5V i do tego ładowarkę TP5046 zabezpieczoną Zenerem 5.6V

[Pyra]

Witam

Czyli idąc dalej za tokiem myślenia, wybierając dajmy na to dwa superkondensatory 10F, łącząc je szeregowo dla zwiększenia napięcia uzyskujemy wypadkowe 5F.

Napięcie zwiększysz tylko układem ładującym, połączenie szeregowe kondensatorów nic nie da, bo nadal będą ładowane do tego samego napięcia.

Pozdrawiam

[Majsterkowicz]

Byłem pewien, że napięcie wypadkowe dwu kondensatorów połączonych szeregowo to suma napięć na każdym z nich.
A czy w przypadku wzięcia małego li-ion'a ta ładowarka się nada? www.fasttech.com/products/0/10002156/12 ... cable-19cm.
Elsor, wspomniałeś coś jeszcze o cewce do podbicia napięcia. Wykonuje się ją jak zwykły transformator?

[Tomeqp]

Byłem pewien, że napięcie wypadkowe dwu kondensatorów połączonych szeregowo to suma napięć na każdym z nich.

Bo to prawda, ale w tym wypadku suma się nie zmieni, bo na każdym z nich będzie niższe napięcie.

[ElSor]

Elsor, wspomniałeś coś jeszcze o cewce do podbicia napięcia. Wykonuje się ją jak zwykły transformator?

Miałem na myśli tą cewkę (drut) nawiniętą ma rurkę, w której porusza się magnes.

[Majsterkowicz]

Chcąc dalej rozwijać projekt, odnalazłem ciekawy wzór, który pozwala na obliczenie strumienia indukcji magnetycznej mając kilka danych na temat cewki oraz prądu przezeń płynącego.

Doszedłem do wniosku, że przekształcając powyższy wzór, można uzyskać prąd I, znając strumień indukcji przepływający przez cewkę.
Nie jestem jedynie pewien, czy moje założenia są słuszne, gdyż przy zastosowaniu magnesu neodymowego o strumieniu Φ = 0,017 Wb, długości cewki l = 0,03 m, znanym µ0, ilości zwojów n = 1000 oraz polu przekroju s = 3,46 * 10^(-4) m², prąd wynosi około 1,1kA
Zdziwiłoby mnie 1,1A, dlatego obliczona wartość na pewno zawiera spory błąd przybliżeniowy do rzeczywistej wartości indukowanego prądu.

Pewnie ktoś zapyta; po co te obliczenia? Zabawa we wzory?
Mianowicie, chciałbym się wesprzeć matematyką, aby mając różne dane na temat materiałów (magnes) oraz definiując zamierzony prąd indukowany w cewce, mieć jakiekolwiek rozeznanie na temat wymiarów cewki (tych teoretycznych oraz realistycznych )

Jeżeli orientujecie się w powyższym temacie choć troszkę lepiej niż ja (czyli wnioskować można, że wszyscy z Was ), prosiłbym o pomoc
Pozdrawiam