¿En un buje de dinamo Shimano con regulador de 6V se desperdicia el resto de la potencia?

Lo que comercialmente se denomina dinamo de cubo se describe con mayor precisión como un magneto, o incluso con mayor precisión como una máquina síncrona de imanes permanentes.

El voltaje terminal de un magneto está relacionado con el cambio en el flujo magnético vinculado a través de la bobina por

El flujo que une la bobina magnética se compone de dos componentes. Un componente es el flujo inducido por el imán permanente que une la bobina. El otro componente es el flujo inducido por la corriente que circula por la bobina. Todo el flujo inducido por la corriente a través de la bobina también une la bobina. Llamaremos al flujo enlazado inducido por el imán permanente$m(t)$. El flujo inducido por la corriente$i$es proporcional a$i$, así que llámalo$ki$. Entonces,

Si la bobina está abierta y no fluye corriente, el único componente de flujo proviene del imán permanente. Cuanto más rápido gire el imán (o imanes), mayor será la tasa de cambio de flujo y mayor será el voltaje de circuito abierto. Este video muestra el voltaje de circuito abierto generado por una dínamo de buje que aumenta linealmente a 100v (lo que corresponde a una velocidad de bicicleta de aproximadamente 100 km).

Las máquinas síncronas de automóviles (y bicicletas) a menudo se regulan con reguladores de derivación. Un diodo Zener se puede usar como un regulador de derivación simple, pero debe tener una potencia nominal suficiente. Los reguladores de derivación más complejos suelen utilizar transistores de potencia. Nos interesará especialmente saber cuánta potencia adicional disipa un regulador de derivación cuando se aumenta la velocidad del magneto.

Si el voltaje a través de las terminales del magneto se mantiene a$v_{max}$entonces la tasa de cambio de flujo está dada por

Integrando tenemos

Entonces tenemos

Podemos visualizar este resultado realizando una simulación. Observamos que la forma de la onda de flujo inducida por los imanes permanentes se escala en el eje de tiempo a medida que aumenta la velocidad del rotor, pero no cambia en el eje de amplitud. Esto es similar al efecto de aplicar una corriente alterna de amplitud rms constante al primario de un transformador. Por lo tanto, nuestro modelo de simulación puede ser algo como esto:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Los siguientes diagramas muestran el voltaje de salida de circuito abierto con el diodo Zener D3 QUITADO , a una frecuencia de entrada de 10 Hz, 100 Hz y 1000 Hz.

¡Esos diagramas muestran el voltaje no regulado aumentando linealmente con la frecuencia, hasta un voltaje muy alto de aproximadamente 300 V!

A continuación, esto es lo que sucede cuando está presente un regulador de derivación (en este caso, un diodo Zener de 6 V). Primero a 100Hz.

Observe que el voltaje de salida permanece cerca de 6V y la corriente oscila con un pico de alrededor de 200 mA.

Ahora viene el resultado quizás sorprendente a 1000Hz.

Una vez más, el voltaje es de unos 6 V y la corriente máxima es de unos 200 mA.

Así, lo que vemos es esto.

• Cuando no hay un regulador de derivación presente, el voltaje del terminal aumentará linealmente con la velocidad del rotor.
• El voltaje de salida puede mantenerse constante mediante el uso de un regulador de derivación
• Cuando el voltaje de salida se mantiene constante mediante el uso de un regulador de voltaje de derivación y la velocidad del rotor es suficiente, la corriente del magneto se vuelve independiente de la velocidad del rotor (o al menos aproximadamente).

Por lo que otros han dicho aquí, el regulador es un diodo Zener.

Podría serlo, si el Zener tiene la capacidad suficiente para manejar la corriente nominal máxima del magneto (dínamo central) a la tensión nominal. De lo contrario, el regulador puede ser un regulador de derivación que emplee un transistor de potencia.

Al usar el regulador, toda la energía que se genera cuando viajo a más de 10 km/h se quema en el regulador. ¿No es esta una forma muy derrochadora de lidiar con el voltaje más alto?

Como se vio anteriormente, aunque el voltaje no regulado aumenta con la velocidad, el voltaje terminal del magneto puede regularse con un regulador de derivación. Cuando se regula con un regulador de derivación, se generará una potencia eléctrica máxima, independientemente de la velocidad del rotor. Parte de esa energía puede ser disipada por una luz u otro dispositivo. El exceso de potencia (es decir, la potencia relativamente fija generada menos la potencia utilizada por los dispositivos) será disipada por el regulador de derivación.

El zener es probable en caso de que no haya otra carga conectada. No desperdicia mucha energía en funcionamiento normal.

Una dinamo de bicicleta es un generador de voltaje (como se explicó en algunas de las respuestas anteriores) en serie con una inductancia significativa (por fugas de la bobina). A medida que la dínamo gira más rápido, la frecuencia de la CA también aumenta, al igual que la impedancia de la inductancia. Si la salida estuviera en cortocircuito, encontraría un flujo de corriente casi constante (CA), independientemente de la velocidad.

Una carga (como una bombilla) actúa como una carga de baja impedancia y, por lo tanto, recibe una corriente casi constante de la dínamo a cualquier velocidad.

La inductancia no disipa energía, por lo que no desperdicia nada.

Los generadores son fuentes de corriente, no estás desperdiciando mucha energía porque la corriente disponible está limitada por la fuerza del imán.

Si no hay otros componentes en la parte posterior de la placa (lo que parece ser el caso), será un simple regulador de abrazadera que usa diodos zener.

Se puede obtener una indicación de la potencia disponible desactivando el regulador (elimine dos diodos o dos resistencias) y operando la dínamo en una carga a velocidad. Una bombilla pequeña o unas cuantas resistencias funcionarían.

La solución ideal sería un convertidor reductor de XXX voltios a 5 voltios.