Hurricane: elektriciteit
Toen de fiets in 2000 in mijn bezit kwam werd de standaard 3W banddynamo
en koplamp vervangen door een geavanceerder systeem.Rede hiervoor
is dat de dynamo eigenlijk te veel herrie maakte en slipte bij regen
of sneeuw. Bovendien kan de dynamo slecht tegen hoge snelheden en is
dan ook niet een lang leven beschoren. Ook gaf de (halogeen)koplamp
te weinig licht om de vaart er 's-nachts ook goed in te houden.
Daarom heb ik de verlichtingsset vervangen door een eigen ontwerp. Dit
onderwerp is kort daarna vervangen door een degelijkere 2e versie
en funktioneert nu na enkele jaren gebruik na volle tevredenheid.
De huidige installatie bestaat uit een spaakdynamo op 12V die een 12V-2Ah
loodaccu oplaad dmv een diode. Hierdoor ontstaat een 12V systeem,
waar dus de verlichting ook op werkte en andere elektrische zaken.
De 12V levert bij dezelfde stroomsterkte als normaal(0,5A),
twee keer zoveel licht op als op een conventioneel 6V systeem. De 12V-verlichting
staat normaal op de accu en kan aan- en uit geschakeld worden met een
schakelaar op het stuur. Als de dynamo genoeg stroom levert dan wordt
de verlichting automatisch omgeschakeld naar de dynamo.
Het handige van 12V is dat er veel apparaten voor die spanning te verkrijgen
zijn, bijvoorbeeld GSM oplader, zaklampje, radio, TL noodverlichting.
[A Die apparaten hebben geregeld een auto-aansteker-plug om gevoed
te worden door een auto-accu en daarom heb ik een auto-aansteker stopkontakt
op m'n stuur aangebracht.
Om de in- en uitgaande stroom in de gaten te houden is er een meetschakeling
geïnstalleerd die met twee ledjes aangeeft of de accu oplaad,
ontlaad of in rust is.
Elektrische installatie: beschrijving
Zie ook de presentatie van de themadag van 9 november
2001 in:
Impress formaat (sxi, XML
bestanden in ZIP)
HTML frames (mindere kwaliteit)
Powerpoint formaat (ppt)
Zoals geschreven voldoet de standaard 'HR'-dynamo en een AXA halogeenkoplamp
niet. De HR-dynamo zat dicht bij het oor en daardoor voerde het irritante
gezoem duidelijk de boventoon boven alle andere geluiden. Verder
is door de liggende houding de kijkhoek met het wegdek ervoor al behoorlijk
laag en moest de schijnwerper behoorlijk hoog schijnen om nog iets
van het wegdek te zien als het pikdonker is. Omdat het lampje(6V/3W)
te zwak was wordt het wegdek niet goed meer zichtbaar, vooral niet als
er een auto met groot licht tegenschijnt. Dat is gevaarlijk bij onbekend
wegdek.
Daarom heb ik de verlichtingsset vervangen door een eigen ontwerp. De
opzet was eigenlijk dat alles met een accu zou werken, maar ik niet
afhankelijk was een oplader (en dus elektriciteit). Daarom bleef een
dynamo ook belangrijk. Het volgende heb ik gedaan:
Ik heb in het begin de banddynamo vervangen door een
naafdynamo in het voorwiel, type HB-NX30 van Shimano. Deze dynamo is echter na een tijd
vervangen vanwege problemen met de lagering van de dynamonaaf wat onmogenlijk
repareerbaar was doordat reserverlagers onbestelbaar blijken te zijn bij
Shimano. Verder was de rolweerstand in niet-actieve toestand ontoelaatbaar
hoog. De naaf is vervangen door een trommelremnaaf van Sachs en als dynamo
is een spaakdynamo van FER 2000 van Aufa
gekomen. Deze zit parallel op de as van het voorwiel en daait mee door
een palletje wat in de spaken steekt. Dit drijft een tandriemwiel aan en
gaat via twee V-snaaroverbrengingen naar de eigenlijke generator. Doordat
het spaakpalletje omklapbaar is en dus uit de spaken kan worden gehaald
is de dynamo mechanisch uitschakelbaar, een groot voordeel tegenover een
vaste naafdynamo waarbij dit niet mogenlijk is.
Verder voordeel is dat de dynamo een stuk goedkoper is dan de
gangbare naafdynamo's. Nadeel is weer dat de uitvoering niet erg degelijk
oogt(snaartjes kunnen gemakkelijke breken), en dus de kwaliteit wat minder
is. Dit is echter minder belangrijk omdat de dynamo uitschakelbaar is.
Omdat de dyanmo voor een 28 inch wiel is ontworpen en met een
20 inch wiel meedraait wordt er gemakkelijk een hoge spanning opgewekt
bij een relatief lage snelheid. Hierdoor kan de dynamo een hoger vermogen
opwekken dan deze eigenlijk voor is geclassificeerd, nl 2 keer meer (door
2 keer hogere spanning en dezelde stroom). Ipv 3 Watt levert de dynamo in
deze configuratie dus 6 Watt. Voorwaarde is dan wel dat de ohmse belasting
gehalveerd moet worden.
Behalve een groter vermogen is de dynamo ook een stuk bedrijfszekerder
doordat weersomstandigheden geen invloed hebben.
De bedrijfsspanning is dus verhoogd gekozen, en daarmee
het vermogen. Door het sneller ronddraaien van de dynamo dan bij een 28"
wiel is dit mogenlijk zonder dat daarvoor een ontoelaatbaar hoge snelheidsdrempel
vereist is. De drempelwaarde van 12V spanning is bij een 20" wiel grofweg
20/28 keer de snelheid als die van een 28" wiel. Omdat de stroom hetzelfde
blijft (500mA) zou je denken aan een stroombron ipv een spanningsbron. Dit
lijkt echter zo maar in theorie blijft het een spanningsbron, maar de richtwaarde
is erg hoog gekozen om de gewenste spanning ook bij een laag toerental
te kunnen bereiken. Verder is de theveninweerstand ook groot: de spanning
zakt snel in bij een belasting. 
In theorie kan een gewone banddynamo ook 12V leveren, alleen door de
geringe statische weerstand van het dynamowieltje met de band zal deze snel
slippen bij een hoog opgenomen vermogen, waardoor het toch niet haalbaar
wordt. Bovendien blijft een banddynamo éénzelfde toerental/snelheids
verhouding hebben, onafhankelijk van de diameter van het wiel.
De 12V wordt in combinatie met een 20" wiel en een opname van
500mA bij ongeveer 12 km/h gehaald. De combinatie 12V/500mA levert een
standaard 5W/12V halogeensteeklampje op die je gewoon bij een doe-het-zelver
kunt kopen. De fitting kun je eveneens bij de doe-het-zelver kopen en
kan met wat slijp- en boorwerk in een AXA-breedstraler worden gemonteerd.
Je houd dan nog 1W over voor het achterlicht en andere dingen. Als achterlampje
heb ik het bij het LED-achtelichje de penlites eruit gesloopt en de op
de aansluitingen voor die penlites via een serieweerstand van 560 ohm parallel
aangesloten op de koplamp. Je kunt zelf natuurlijk ook een lampje van
0,7W/12V kopen en die in een standaard achterlichtje draaien. Verder
is er een kilometertellerlampje gemonteerd die aan een stokje recht op de
kilometerteller wijst. Deze is via een gelijkrichter en een seriepotmeter
(sterkte regelbaar) parallel gezet aan het kanaal voor de koplamp.
Verder heb ik een 12V loodaccu gemonteerd onder mijn
stoel die via een diode wordt opgeladen door de naafdynamo. Als het
licht aanstaat en ik moet wachten voor een stoplicht dan wordt de stroomvoorziening
voor de verlichting via een relais automatisch naar de accu geschakeld.
Zo blijft de lamp branden bij stilstand. Natuurlijk wordt de accu minder
opgeladen als de lampen aanstaan. Als de accu vol is (wanneer de accuspanningsmeter
naar de 15,5 volt gaat) dan kan de dynamo afgeschakeld worden, wat weer
minder slijtage en energieverlies oplevert.
Verder loont het de moeite om de accu zoveel mogenlijk op te laden
met een netadapter wat slijtage aan de dynamo en extra rolweerstand scheelt.
Dit is echter onmogenlijk bij lange tochten zonder netspanning in de
buurt.
Ik heb een autoaansteker stopcontact op mijn stuur gemonteerd
die gevoed wordt vanuit de accu. Op die manier kunnen er ook apparaten
worden aangesloten zoals opladers voor GSM en laptop, niet te zware
versies van Tl-buizen(tot 8W), minicompressoren, leeslampjes, ventilatoren,
radiootjes, e.d. Er kan vanwege de kleinere capaciteit van het loodaccuutje
natuurlijk geen verwarmingen, koelelementen of sigaarnaanstekers worden
aangesloten.
Na het vernieuwen van de eerste versie is gekozen voor
2 opamps om de stroom die in en uit de accu gaat te kunnen registreren.
Één opamp dient voor de ingaande en één voor
de uitgaande stroom. Het afstellen gebeurt éénmalig met DIL-schakelaartjes.
Men zet net zo lang DIL-schakelaartjes open totdat de leds in rusttoestand
niet meer branden. Door het lage ruststroomgebruik is een ingewikkelde
schakeling voor automatische afslag komen te vervalen, bovendien betekent
dat weer een knopje minder op het stuur, en vooral minder bedrading.
Verder is er een sleutelschakelaar toegevoegd, als die wordt omgezet
wordt de stroom van alles afgezet: zo bieden nieuwschierige omstanders
die aan de knopjes prutsen geen kans meer om de accu eens flink leeg
te laten lopen. Verder is het belangrijk dat bedrading goed en stevig wordt
afgewerk, om ergenis door kapotte draadjes te voorkomen (nummer één
probleem bij fietsverlichting). Ervaring leert dat wanneer men de bedrading
goed aanbrengt en wegwerkt in bijvoorbeeld een bundel spiraal dat deze niet
meer kapot gaat. Verder is gekozen voor kroonstenen op de elektriciteitskast
om de bedrading vast en los te kunnen schroeven wat in de praktijk erg handig
lijkt. De tongstekkers die eerst waren gebruikt voldoen stukken minder.
Verder is een waterdichte elektriciteitskast van groot belang. Alles moet
nauwkeurig met kit worden afgewerkt, en dat loont de moeite doordat er nooit
meer water oid in zal kunnen komen.
Om in de gaten te houden of de accu (netto) wordt opgeladen,
en of alle apparaten uitstaan na afloop van een rit, heb ik een meetschakeling
erbij gevoegd die meet of er stroom in- of uit de accu loopt. Deze
meetschakeling geeft met twee rode en groene lampjes aan of er stroom
in- of uit de accu loopt. Omdat de meetschakeling zelf ook stroom gebruikt,
(maar veel minder door de nieuwere meetschakeling) is het verstandig
om de sleutel om te zetten als de fiets een tijd niet wordt gebruikt.
Open deze link in een nieuwe tab of venster om het schema
vergroot weer te geven.
Opmerkingen/uitleg
Het schema
Alles binnen de rechthoekige stippellijnen zit in een kastje of printje:
Het grootste gedeelte van de schakeling zit in een waterdicht
schakelkastje.
Het stukje met de zekeringen zit op een printje dat
op het waterdichte kastje is geschroefd én gekit.
De schakelaar, ledjes en stopcontact zijn bij het stuur.
De accu heb ik onder de stoel gemonteerd.
Het principe
De energie komt via de dynamoaansluiting binnen. De stroom
wordt door de diode 1N4007 enkelfasig gelijkgericht en gaat vervolgens
naar het gelijkstroomkanaal, waar ook de accu via een shuntweerstand
op aangesloten is. Belangrijk is dat de diode minstens 1000 V kan weerstaan,
om te voorkomen dat hij met 50 km/h doorslaat en de hele schakeling(inclusief
accu) in rook opgaat.
De andere tak gaat via het relais naar de koplamp en achterlicht.
De koplamp staat normaal in rusttoestand op het accukanaal. Als er
genoeg spanning over de dynamo staat, dan trekt het relais aan en wordt
de stroom voor de lamp direct geleverd door de dynamo. Om het verlies
door het relais zo veel mogelijk te beperken dient de relaisspoel hoogohmig
te zijn(800 ohm) maar het schakelgedeelte minimaal 1,5 A te kunnen
schakelen om te voorkomen dat hij blijft kleven. De elco van 220u dient
om het snel aan en uit schakelen van het relais te verhinderen als de
frequntie van dynamospanning nog laag is(bij langzaam rijden). Omdat
het relaisgedeelte pas in werking hoeft te treden als het licht gebruikt
wordt, gaat de stroomafvoer via een schakelaar die gelijk loopt met de
aan- en uitschakelaar van de koplamp naar massa.
Over de shuntweerstand van ongeveer 12 miliohm(dus niet
megaohm!)(niet kritisch) valt een klein spanninkje als er stroom
doorheenloopt. Om te voorkomen dat eventueel inductief gedrag van de
shuntweerstand een enorme spanning zou kunnen veroorzaken bij inschakelen
van apparatuur, wat het einde van de IC's zou betekenen, zijn twee diodes
over de shuntweerstand aangebracht, zodat de spanning nooit hoger dan
-0,8 en 0,8 V kan worden. De polariteit van het spanninkje die over de
shuntweerstand staat is afhankelijk van de richting van de stroom die
erdoor loopt. Het spanninkje wordt flink (theoretisch oneindig) versterkt
door de twee opamps 741 en wordt via een netwerk van diodes en schakelaartjes
geleverd aan de ledjes. Als de accu wordt opgeladen wordt de spanning
over de shuntweerstand (en dus de ingangsspanning) negatief en wordt
de bovenste opamp actief: het groene ledje gaat branden. Als er stroom
wordt gebruikt wordt de onderste opamp actief, dus gaat het rode ledje
branden. Als de accu in rust is hoort er geen enkel ledje te branden. Is
dat toch het geval, dan dient dat met het omzetten van de DIL-schakelaartjes
te worden voorkomen. Als men goed kijkt naar dat netwerk achter de opamps
ziet men dat er 3 diodes in serie lopen en dat over elk diodetje een
schakelaartje is opgenomen. Als het schakelaartje open staat, valt er
0,8V over de diode, m.a.w de spanning naar de led wordt met 0,8V verlaagd.
Als er in de rusttoestand toch een ledje brand, kan de spanning worden
verlaagd door én voor één
schakelaartjes open te zetten totdat de spanning over de led onder 1,8V
is gedaald, zodat het niet meer brandt. Voor het groene ledje is dat 2,2V.
Zodra er weer stroom in of uit de accu gaat, wordt de spanning van de betreffende
opamp hoger en gaat een ledje branden.
De sleutelschakelaar dient om leegloop van de accu te voorkomen
en dient te worden omgezet bij het parkeren van de fiets, zodat gepruts
aan de schakelaartjes op het stuur geen leegloop van de accu meer betekent.
De meetschakeling gebruikt zo weinig stroom(in rusttoestand) dat de
accu dan zeker een week meekan. De sleutel hoefd verder dan ook alleen
nog maar te worden omgezet als de fiets lang niet wordt gebruikt.
Om het geheel te zekeren zijn vijf zekeringen in gebruik.(Het
kan ook met één, maar dan werkt bij kortsluiting
van één gedeelte in één
klap niks meer) Twee daarvan zijn voor toekomstige uitbreiding en daar
hoeven dus nog niet direct zekeringen in de houders geplaatst te worden.
De meest linkse zekering van 1A brand door als de koplamp of achterlamp
kortsluiting veroorzaakt. De tweede van links van 5A gaat naar het stopkontakt
en brandt door als er een kortsluitingveroorzakend apparaat op wordt aangesloten.
De 3e en 2e van rechts zijn alleen zekeringhouders die open zijn gelaten
voor toekomstige uitbreidingen, zoals een autoradio. De meest rechtse
is de hoofdzekering van 10A die doorslaat als bv de meetschakeling defect
is of als een andere zekering niet doorslaat. Het is echter belangrijk
dat de hoofdzekering niet sneller is dan de andere zekeringen, want dan
brand bij kortsluiting op maar één kanaal telkens
de hoofdzekering door in plaats van de zekering van het betreffende kanaal.
De bouw
De dik-gestreepte lijnen zijn extra dik wat aangeeft
dat hier dik koperdraad gebruikt moet worden. Dit is omdat door die
leidingen een grote stroom kan lopen en daarom het verlies zo veel
mogelijk te beperken.
De schakeling die binnen de stippellijnen zit wordt op
een (voorgedrukt) printje gemaakt om schokbestendig te zijn. Dat
printje zit verder binnenin vastgeschroefd aan het kastje. Smeer
de buitenkant waar de schroeven zichtbaar zijn de koppen in met siliconenkit
om lekkage te voorkomen. Het printje zit in een waterdicht elektriciteitskastje
dat ik linksonder aan mijn stoel heb geschroefd.
De zekeringhouders(met kapje tegen opspattend water en
kortsluiting) zijn op een apart printje gesoldeerd en dat printje
is aan de onder van het elektriciteitskastje geschroefd. De aansluitingen
tussen de hoofdprint en de zekeringprint gaat direct en de bedrading
loopt door geboorde gaatjes in het kastje. Alle (schoef)gaten dienen
te worden afgekit om lekkage te voorkomen.
De aansluitingen van het printje in het kastje tussen
de bedrading naar het stuur geschied met RVS of koperen kroonsteentjes,
dat werkt toch beter dan fastonlippen. Als je zo'n aansluiting probeert
van elkaar te trekken is de kans groot dat het snoer uit de stekker
schiet in plaats van de stekker uit de contra. De kroonstenen zijn
aan het kastje geschroeft, ook die schroefverbindingen zijn weer gekit.
Het type loodaccu is een 12V-1.9Ah dry-gel onderhoudsvrije
accu van Sona. Hij had precies de goede breedte om onder de stoel
geplaatst te worden. De aansluiting op de accu zijn wel fastonlippen.
De accu kostte f35,-(in de aanbieding) Helaas bleek goedkoop duurkoop.
Waarschijnlijk is na één jaar al een cel
kapot, de spanning daalt na een kwartier tot 10 volt om daar de hele
vollading te bijven. Betere accu's (van Hitachi bijvoorbeeld) zouden
beter voldoen.
Meer foto's zijn beschikbaar onder foto's
hurricane
Heb je vragen, mail dan naar admin@welmers.net
en vervang het woord "admin" door "bastiaan" (wat ik hier niet neerzet om
spam te voorkomen).
Zie ook de presentatie van de themadag van 9 november 2001 in:
Impress
formaat (sxi, XML bestanden in ZIP)
HTML
frames (mindere kwaliteit)
Powerpoint
formaat (ppt)
Laatste update: 20 september 2003
© Bastiaan
Welmers
