Принцип работы динамомашины. История создания и принцип работы динамомашины. Кто изобрел динамо-машину и как она устроена

Я сделал этот фрикционный велогенератор для велосипеда, чтобы питать фонарик и задние лампочки. Идею и много информации для этого проекта педального генератора я нашел в интернете.

Недавно я купил велосипед, для того, чтобы ездить на работу и по городу, и решил, что ради безопасности мне нужна подсветка. Мой передний фонарь питался от двух батареек АА, а задняя лампочка от 2 батареек ААА, в инструкции было сказано, что передний свет будет работать 4 часа, а задний — 20 часов в режиме мигания.

Хотя это и неплохие показатели, но все же требуют некоторого внимания, чтобы батарейки не сели в неподходящий момент. Я купил этот байк за его простоту, единственная скорость означает, что я могу просто сесть и поехать, но постоянная замена батарей становится дорогой и усложняет его использование. Добавив динамку для велосипеда, я могу подпитывать батарейки прямо во время езды.

Шаг 1: Собираем запчасти

Если вы хотите собрать динамо машину своими руками, то вам понадобится несколько вещей. Вот их список:

Электроника:

1. 1x шаговый двигатель — я достал свой из старого принтера
2. 8 диодов — я использовал персональную силовую установку использовала 1N4001
3. 1x Регулятор напряжения — LM317T
4. 1x Макетная плата с печатная платой
5. 2х резистора — на 150 Ом и на 220 Ом
6. 1x радиатор
7. 1x Разъем для батареи
8. Цельная проволока
9. Изоляционная лента

Механические части:

• 1x держатель для велосипедного отражателя — я снял его с велосипеда, когда подключал свет.
• Алюминиевая угловая заготовка, вам понадобится кусок длиной примерно 15 см
• Маленькие гайки и болты — я использовал винты от принтера и некоторые другие б/у детали
• Маленькое резиновое колесо — прикрепляется к шаговому двигателю и трется о колесо при его вращении.

Инструменты:

• Дремель — он не совсем необходим, но делает вашу жизнь намного проще
• Сверла и биты
• Напильник
• Отвертки, гаечные ключи
• Макетная плата для тестирования схемы до того, как вы поставите всё на велосипед.
• Мультиметр

Шаг 2: Создаём схему

Показать еще 10 изображений

Давайте сделаем схему динамомашины для велосипеда. Неплохой идеей является проверить все перед тем, как спаять все вместе, поэтому сначала я собрал всю схему на макетной плате без припоя. Я начал с разъема двигателя и диодов. Я распаял разъем от печатной платы принтера. Размещение диодов в такой ориентации изменяет поступающий от двигателя переменный ток, на постоянный ток (выпрямляет его).

Шаговый двигатель имеет две катушки, и вам необходимо убедиться, что каждая катушка подключена к одному набору диодных групп. Чтобы узнать, какие провода от двигателя подключены к одной и той же катушке, вам просто нужно проверить контакт между проводами. Два провода связаны с первой катушкой, и два со второй катушкой.

Как только схема будет собрана на макетной плате без припоя — проверьте ее. Мой мотор вырабатывал до 30 вольт при нормальной езде на велосипеде. Это 24-вольтный шаговый двигатель, так что его эффективность кажется мне разумной.

При установленном регуляторе напряжения выходное напряжение составляло 3,10 вольт. Резисторы контролируют выходное напряжение, и я выбрал варианты на 150 и 220 Ом для получения 3,08 вольт. Проверьте этот калькулятор напряжения LM317 , чтобы увидеть, как я рассчитал свои показатели.

Теперь всё нужно спаять на печатной плате. Чтобы сделать аккуратные соединения, я использовал маленький калибровочный припой. Он быстрее нагревается и обеспечивает лучшее соединение.

В файле.Pdf вы найдёте, как все связано на печатной плате. Изогнутые линии — это провода, а короткие черные прямые линии – это то, где вам нужно спаять перемычки.

Файлы
Файлы

Шаг 3: Установка мотора

Крепление двигателя было выполнено из алюминиевого уголка и кронштейна отражателя. Чтобы смонтировать двигатель, в алюминии были просверлены отверстия. Затем, чтобы освободить место для колеса, была вырезана одна сторона угла.

Колесо было прикреплено путем наматывания изоленты вокруг вала двигателя до тех пор, пока соединение не будет достаточно плотным, чтобы надеть колесо прямо на изоленту. Этот метод неплохо работает, но в будущем его нужно доработать.

Как только мотор и колесо были присоединены к алюминию, я нашел на раме подходящее место, чтобы все установить. Я прикрепил заготовку к трубке сиденья. Рама моего велосипеда — 61 см, поэтому площадь, на которой установлен генератор, довольно велика по сравнению с велосипедами меньшего размера. Просто найдите на своем велосипеде лучшее место для установки генератора.

После того, как я нашел подходящее место, я сделал отметки под алюминиевый кронштейн с установленным кронштейном отражателя, чтобы его можно было обрезать по нужному размеру. Затем я просверлили отверстия в кронштейне и алюминии, и смонтировал конструкцию на байке.

Я закончил сборку велосипедного генератора на 12 вольт, прикрепив двумя стойками проектную коробку к алюминиевому креплению.

Шаг 4: Подцепляем провода

Динамомашина для велосипеда собрана, теперь все что нужно – просто подключить провода к лампочкам. Я протолкнул концы проводов за клеммами аккумулятора к передней фаре, затем просверлил отверстие в её корпусе, чтобы пропустить провода внутрь. Затем провода были подключены к разъему аккумулятора. В проектной коробке также нужно будет сделать отверстия для проводов.

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

В ведение

Очень часто появляется необходимость найти альтернативный источник питания вместо обычной пальчиковой батарейки. Батарейки стоят довольно дорого и заканчиваются очень быстро. А главное очень часто они нужны тогда, когда нет возможности их сразу приобрести.

Началу нашего эксперимента положила простая необходимость в электропитании напольных весов. Дело в том, что батарейки, от которых прежде работали весы, заканчивались очень быстро, требовался иной источник питания для большего удобства. Одним из вариантов стало USB, но потом пришла идея: почему бы не попробовать запитать весы динамо-машиной. Этот тип источника электрической энергии незаслуженно забыт в настоящее время.

И тут возникло множество вопросов: Как же устроена динамо-машина? На чем основывается принцип её работы? Можно ли вообще собрать динамо-машину в домашних условиях? Что для этого нужно? Будет ли такой вариант питания эффективным?

Такая задача активно стимулировала наш интерес к приобретению новых знаний об окружающем мире, физических явлениях и электрическом токе, в частности. Так проблема бытового уровня положила начало серьезного эксперимента.

Работа проведена с использованием специальной литературы, фотоматериалов, справочной информации, полученной со специализированных сайтов в сети Интернет. В результате проекта собрана информация об особенностях устройства динамо-машин, принципе их работы, отличительных особенностях разных типов прибора. На основании проведенного эксперимента сделаны выводы о возможности сборки и использовании динамо-машин дома.

Проведенный опыт был интересен и познавателен, он способствовал развитию навыков работы со схемами, желания узнавать окружающий нас мир с его физическими законами и явлениями, появлению интереса школьников к научной деятельности и глубокому изучения вопросов физики.

Цель данной работы - доказать возможность изготовления и использования динамо-машин в домашних условиях и сравнить работу прибора от динамо-машины и от обыкновенного источника питания.

Задачи исследования

Собрать динамо-машину с электрическим потенциалом в 3,5 вольт в домашних условиях.

Сравнение работы приборов от созданного генератора тока с их же работой, но от альтернативного источника питания.

Решение задач

Изучение специальной литературы и сбор необходимых компонентов для изготовления динамо-машин.

Поочередное подключение динамо-машины и компьютера к электронным весам и сравнение точности показаний весов с помощью взвешивания тел известной массы.

Этапы работы:

Подбор и изучение литературы о генераторах постоянного тока (динамо-машинах). Поиск ответа на следующие вопросы: что такое динамо-машина, история создания и области ее применения.

Подбор интересных схем и необходимого оборудования для изготовления динамо-машины.

Изготовление и проверка в работе изготовленных моделей динамо-машины.

Сравнение работы домашних приборов (напольные весы) от обычного источника питания и от динамо-машины.

Глава 1. Динамо-машина: определение, устройство, история создания, сферы применения.

Динамо-машина, или генератор электрического тока, — это устройство, которое преобразует в электрическую энергию другие состояния энергии: тепловую, механическую, химическую.

Динамо-машина состоит из катушки с проводом (ротора), вращающейся в магнитном поле, создаваемом статором, или наоборот: вращается магнит, а катушка неподвижна. Энергия вращения, согласно закону Фарадея преобразуется в переменный ток, но поскольку в XIX веке не умели практически использовать переменный ток, то они использовали щеточно-коллекторный узел для того, чтобы инвертировать изменяющуюся полярность (получить постоянный ток на выходе). В результате получался пульсирующий ток постоянной полярности.

В 1827 году Аньошем Йедликом была изобретена первая динамо-машина. Он сформулировал концепцию динамо на шесть лет раньше, чем она была озвучена Сименсом, но не запатентовал её.

В наше время термин динамо используется в основном для обозначения небольшого велосипедного генератора, питающего велосипедную фару, а также небольшого генератора, встроенного в электрические фонарики — т.н. электродинамические или самозарядные фонари, способные работать автономно без батареек или аккумуляторов и не нуждающиеся в подзарядке от стационарной электросети 220 В или в смене элементов питания, и способные работать неограниченно долгое время в полевых условиях.

В современное время динамо также используется в некоторых видах тренажёров серии для неоновой подсветки и также в гироскопических тренажёрах для кистей рук.

Глава 2. Проектирование

Первый опытный образец динамо-машины было решено сконструировать из самых доступных материалов и подручных инструментов:

Электромотор постоянного тока (от детской игрушки)

Фрагменты наличника

мебельные уголки

шкив диаметром 80 мм (сборный из дерева и гетинакса)

ручка из металлической пластины с отверстиями для крепления

приводящий ремень из резины

Общий вид конструкции см. Рисунок.1.

Рисунок 1

В соответствие со Схемой 1, крутящий момент с ведущего вала, на котором были закреплены шкив большого диаметра и рукоятка для его вращения, через приводной ремень передавался на шкив маленького диаметра, закрепленного непосредственно на валу моторчика.

Запуск динамо-машины и замер генерируемого тока позволил сделать следующие выводы:

Да, электромотор постоянного тока можно использовать в качестве генератора тока.

Первые пуски дали неутешительный результат - отдача устройства не превысила 0.6 вольт при чрезвычайно высоких физических усилиях. Для питания современных бытовых приборов это явно недостаточно.

Повышение эффективности в такой схеме требовало замены ведущего шкива на другой гораздо большего диаметра или оснащение её сложным редуктором-мультипликатором. Таким образом, первая попытка создания рабочего образца прибора окончилась неудачей.

Так как подходящих материалов для совершенствования первого образца не нашлось, было принято решение взять за основу нового прототипа механическую часть неисправного компьютерного CD-привода, также имеющего мотор постоянного тока и редуктор для передачи момента от него до рейки на лотке для дисков.

Для создание второго образца динамо-машины было использовано:

Механизм выдвижного лотка CD дисков в сборе

Микросема диодного моста

Резистор 500 Ом

Светодиод

Конденсатор емкостью 10000 микро Ф

Кабель электрический с разъемом USB тип А гнездо.

Общий вид второго варианта динамо-машины показан на Рисунке 2.

В этой новой схеме сборки лоток, - наоборот, - выступил в качестве рукоятки, придающей вращение нашему генератору. Этот вариант оказался гораздо удачнее - тестер замерил более 5 вольт на клеммах моторчика.

Рисунок 2

Далее в соответствие со Схемой 2, к выводам электромотора был припаян диодный мостик. Дело в том, что возвратно-поступательные движения лотком в нашем устройстве приводят к генерации переменного тока. А диодный мост - электронное устройство, служащее для его выпрямления. Далее мы смонтировали конденсатор большой ёмкости для сглаживания бросков напряжения и светодиод для визуализации наличия напряжения на контактах разъёма подключения потребителей.

Запуск второго образца динамо-машины показал отличные результаты. При равномерном движении лотка значения вырабатываемого тока соответствовало необходимому уровню (см. Рис.3) для питания бытовых напольных весов, что позволило перейти ко второй части эксперимента - испытаниям.

Рисунок 3

Глава 3 Испытания

Проверка работы динамо-машины была проведена на бытовых напольных весах. Нам потребовались гантели (m=12.5 кг) и человек (неизвестной массы).

Для большей точности, взвешивание каждого тела производилось по 5 раз, для последующих сравнений использовались средние показания (см. Таблица 1).

Алгоритм взвешиваний:

Сначала подключаем весы через USB-разъём к сети (порт компьютера) и взвешиваем первое тело - гантели,

Затем переключаем весы к динамо-машине, подаем питание и производим измерения.

Повторяем операции по взвешиванию с человеком.

Таблица 1

Первые взвешивания гантелей известной массой 12,5 кг дали показания с небольшой погрешностью в обоих вариантах взвешивания, не зависимо от вида питания. Результаты: масса 12,6 кг (см. рис.4 и 5)

Рисунок 4

Рисунок 5

Результаты взвешивания человека (его точная масса заранее нам неизвестна) показали: масса тела = 54.0 кг в обоих случаях взвешивания. (см. рис.6 и 7)

Рисунок 6

Рисунок 7

Была произведена проверочная третья серия взвешиваний - человека с гантелями в руках. Результаты одинаковы в обоих вариантах взвешиваний.

По итогам второй части эксперимента можно сделать вывод, что прибор (весы) работает от генератора тока верно и способен давать точные показания, равно как и при работе от эталонного источника питания, за который мы приняли компьютерные 5 вольт.

Таблица 2

Таблица 3

Выводы

Динамо-машина может являться альтернативным экологичным и долговечным источником питания бытовых приборов.

Возможно создание мобильных весов за счет переносного источника питания.

Этот опыт стимулирует развитие интереса школьников к научной деятельности и разработке новых экологичных приборов.

Список литературы

http://cxem.net/house/1-267.php видео «Динамо машина своими руками»

http://tehnojuk.ru/tehno/elektro/dinamo

А.В. Перышкин, Н.А. Родина, «Физика.8класс», Москва «Просвещение», 1989 г.

1. Задание 1 из 15

   1 .

   Нарушаются ли Правила в изображенных ситуациях?

   Правильно
   

   е) буксировать велосипеды;

   Неправильно
   

   6. Требования к велосипедистам

   6.6. Велосипедисту запрещается:

   г) во время движения держаться за другое транспортное средство;

   е) буксировать велосипеды;

2. Задание 2 из 15

   2 .

   Кто из велосипедистов не нарушает правила?

   

   Правильно
   

   6. Требования к велосипедистам

   6.6. Велосипедисту запрещается:

   Неправильно
   

   6. Требования к велосипедистам

   6.6. Велосипедисту запрещается:

   б) двигаться по автомагистралям и дорогам для автомобилей, а также по проезжей части, если рядом обустроена велосипедная дорожка;

3. Задание 3 из 15

   3 .

   Кто должен уступить дорогу?

   

   Правильно
   

   6. Требования к велосипедистам

   Неправильно
   

   6. Требования к велосипедистам

   6.5. Если велосипедная дорожка пересекает дорогу вне перекрестка, велосипедисты обязаны уступить дорогу другим транспортным средствам, движущимся по дороге.

4. Задание 4 из 15

   4 .

   Какие грузы разрешается перевозить велосипедисту?

   

   Правильно
   

   6. Требования к велосипедистам

   22. Перевозка груза

   Неправильно
   

   6. Требования к велосипедистам

   6.4. Велосипедист может перевозить только такие грузы, которые не мешают управлять велосипедом и не создают препятствий другим участникам дорожного движения.

   22. Перевозка груза

   22.3. Перевозка груза разрешается при условии, что он:

   б) не нарушает устойчивости транспортного средства и не затрудняет управление им;

5. Задание 5 из 15

   5 .

   Кто из велосипедистов нарушает Правила при перевозке пассажиров?

   

   Правильно
   

   6. Требования к велосипедистам

   6.6. Велосипедисту запрещается:

   Неправильно
   

   6. Требования к велосипедистам

   6.6. Велосипедисту запрещается:

   д) перевозить пассажиров на велосипеде (за исключением детей до 7 лет, перевозимых на дополнительном сиденье, оборудованном надежно закрепленными подножками);

6. Задание 6 из 15

   6 .

   В каком порядке проедут перекресток транспортные средства?

   

   Правильно
   

   16. Проезд перекрестков

   
   

   Неправильно
   

   16. Проезд перекрестков

   16.11. На перекрестке неравнозначных дорог водитель транспортного средства, движущегося по второстепенной дороге, должен уступить дорогу транспортным средствам, приближающимся к данному перекрестку проезжих частей по главной дороге, независимо от направления их дальнейшего движения.

   16.12. На перекрестке равнозначных дорог водитель нерельсового транспортного средства обязан уступить дорогу транспортным средствам, которые приближаются справа.
   Этим правилом должны руководствоваться между собой и водители трамваев. На любом нерегулируемом перекрестке трамвай, независимо от направления его дальнейшего движения, имеет преимущество перед нерельсовыми транспортными средствами, приближающимися к нему по равнозначной дороге.

   16.14. Если главная дорога на перекрестке изменяет направление, водители транспортных средств, движущихся по ней, должны руководствоваться между собой правилами проезда перекрестков равнозначных дорог.
   Этим правилом должны руководствоваться между собой и водители, движущиеся по второстепенным дорогам.

7. Задание 7 из 15

   7 .

   Движение на велосипедах по тротуарам и пешеходным дорожкам:

   

   Правильно
   

   6. Требования к велосипедистам

   6.6. Велосипедисту запрещается:

   Неправильно
   

   6. Требования к велосипедистам

   6.6. Велосипедисту запрещается:

   в) двигаться по тротуарам и пешеходным дорожкам (кроме детей до 7 лет на детских велосипедах под присмотром взрослых);

8. Задание 8 из 15

   8 .

   Кто имеет преимущество при проезде пересечения с велосипедной дорожкой?

   

   Правильно
   

   6. Требования к велосипедистам

   6.5. Если велосипедная дорожка пересекает дорогу вне перекрестка, велосипедисты обязаны уступить дорогу другим транспортным средствам, движущимся по дороге.

   Неправильно
   

   6. Требования к велосипедистам

   6.5. Если велосипедная дорожка пересекает дорогу вне перекрестка, велосипедисты обязаны уступить дорогу другим транспортным средствам, движущимся по дороге.

9. Задание 9 из 15

   9 .

   Какая дистанция должна быть между группами велосипедистов, движущихся в колонне?

   

   Правильно
   

   6. Требования к велосипедистам

   Неправильно
   

   6. Требования к велосипедистам

   6.3. Велосипедисты, двигаясь группами, должны ехать друг за другом, чтобы не мешать другим участникам дорожного движения. Колонна велосипедистов, движущаяся по проезжей части, должна быть разделена на группы (до 10 велосипедистов в группе) с дистанцией движения между группами 80-100 м.

10. Задание 10 из 15

    10 .

    Транспортные средства проедут перекресток в следующем порядке

    

    Правильно
    

    16. Проезд перекрестков

    16.11. На перекрестке неравнозначных дорог водитель транспортного средства, движущегося по второстепенной дороге, должен уступить дорогу транспортным средствам, приближающимся к данному перекрестку проезжих частей по главной дороге, независимо от направления их дальнейшего движения.

    Неправильно
    

    16. Проезд перекрестков

    16.11. На перекрестке неравнозначных дорог водитель транспортного средства, движущегося по второстепенной дороге, должен уступить дорогу транспортным средствам, приближающимся к данному перекрестку проезжих частей по главной дороге, независимо от направления их дальнейшего движения.

    16.13. Перед поворотом налево и разворотом водитель нерельсового транспортного средства обязан уступить дорогу трамваю попутного направления, а также транспортным средствам, движущимся по равнозначной дороге во встречном направлении прямо или направо.

11. Задание 11 из 15

    11 .

    Велосипедист проедет перекрёсток:

    

    Правильно
    

    16. Проезд перекрестков

    Неправильно
    

    8. Регулирование дорожного движения

    8.3. Сигналы регулировщика имеют преимущество перед сигналами светофоров и требованиями дорожных знаков и являются обязательными для выполнения. Сигналы светофоров, кроме желтого мигающего, имеют преимущество перед дорожными знаками приоритета. Водители и пешеходы должны выполнять дополнительные требования регулировщика, даже если они противоречат сигналам светофоров, требованиям дорожных знаков и разметки.

    16. Проезд перекрестков

    16.6. Поворачивая налево или разворачиваясь при зеленом сигнале основного светофора, водитель нерельсового транспортного средства обязан уступить дорогу трамваю попутного направления, а также транспортным средствам, движущимся во встречном направлении прямо или поворачивающим направо. Этим правилом должны руководствоваться между собой и водители трамваев.

12. Задание 12 из 15

    12 .

    Мигающие красные сигналы данного светофора:

    

    Правильно
    

    8. Регулирование дорожного движения

    Неправильно
    

    8. Регулирование дорожного движения

    8.7.6. Для регулирования движения на железнодорожных переездах используются светофоры с двумя красными сигналами или одним бело-лунным и двумя красными, имеющими следующие значения:

    а) мигающие красные сигналы запрещают движение транспортных средств через переезд;
    

    б) мигающий бело-лунный сигнал показывает, что сигнализация исправная и не запрещает движения транспортных средств.

    На железнодорожных переездах одновременно с запрещающим сигналом светофора может быть включен звуковой сигнал, дополнительно информирующий участников дорожного движения о запрещении движения через переезд.

13. Задание 13 из 15

    13 .

    Водитель какого транспортного средства проедет перекресток вторым?

    

    Правильно
    

    16. Проезд перекрестков

    16.11. На перекрестке неравнозначных дорог водитель транспортного средства, движущегося по второстепенной дороге, должен уступить дорогу транспортным средствам, приближающимся к данному перекрестку проезжих частей по главной дороге, независимо от направления их дальнейшего движения.

    16.14. Если главная дорога на перекрестке изменяет направление, водители транспортных средств, движущихся по ней, должны руководствоваться между собой правилами проезда перекрестков равнозначных дорог.
    

    Этим правилом должны руководствоваться между собой и водители, движущиеся по второстепенным дорогам.

    Неправильно
    

    16. Проезд перекрестков

    16.11. На перекрестке неравнозначных дорог водитель транспортного средства, движущегося по второстепенной дороге, должен уступить дорогу транспортным средствам, приближающимся к данному перекрестку проезжих частей по главной дороге, независимо от направления их дальнейшего движения.

    16.14. Если главная дорога на перекрестке изменяет направление, водители транспортных средств, движущихся по ней, должны руководствоваться между собой правилами проезда перекрестков равнозначных дорог.
    

    Этим правилом должны руководствоваться между собой и водители, движущиеся по второстепенным дорогам.

    16 Проезд перекрестков

    Неправильно
    

    8. Регулирование дорожного движения

    8.7.3. Сигналы светофора имеют следующие значения:

    Сигнал в виде стрелки, разрешающий поворот налево, разрешает и разворот, если он не запрещен дорожными знаками.

    Сигнал в виде зеленой стрелки (стрелок) в дополнительной (дополнительных) секции (секциях), включенный вместе с зеленым сигналом светофора, информирует водителя о том, что он имеет преимущество в указанном стрелкой (стрелками) направлении (направлениях) движения перед транспортными средствами, движущимися с других направлений;

    е) красный сигнал, в том числе мигающий, или два красных мигающих сигнала запрещают движение.

    Сигнал в виде зеленой стрелки (стрелок) в дополнительной (дополнительных) секции (секциях) вместе с желтым или красным сигналом светофора информирует водителя о том, что движение разрешается в указанном направлении при условии беспрепятственного пропуска транспортных средств, движущихся с других направлений.

    Стрелка зеленого цвета на табличке, установленной на уровне красного сигнала светофора с вертикальным расположением сигналов, разрешает движение в указанном направлении при включенном красном сигнале светофора с крайней правой полосы движения (или крайней левой полосы движения на дорогах с односторонним движением) при условии предоставления преимущества в движении другим его участникам, движущимся с других направлений на сигнал светофора, разрешающий движение;

    16 Проезд перекрестков

    16.9. Во время движения в направлении стрелки, включенной в дополнительной секции одновременно с желтым или красным сигналом светофора, водитель должен уступить дорогу транспортным средствам, движущимся с других направлений.

    Во время движения в направлении стрелки зеленого цвета на таблице, установленной на уровне красного сигнала светофора с вертикальным расположением сигналов, водитель должен занять крайнюю правую (левую) полосу движения и уступить дорогу транспортным средствам и пешеходам, движущимся с других направлений.

Генератор, позволяющий получить электрическую энергию благодаря вращению (механической энергии), именуется динамо-машиной. Постоянный ток, ею вырабатываемый, в связи со своими качествами применяется в быту не так часто, как переменный. Все электростанции оснащены гигантскими генераторами переменного тока (альтернаторами). Несмотря на это, динамо-машина остается актуальным приспособлением, которое хорошо служит в некоторых электротехнических областях, например, при зарядке аккумуляторов. Поэтому небольшой генератор, собранный своими руками, всегда найдет себе применение.

Кто изобрел динамо-машину и как она устроена?

В 1831 году английский физик Фарадей обнаружил необычное электромагнитное явление. В медном проводе во время вращения между магнитными полюсами возникало электромагнитное поле. Именно оно возбудило движение электронов по проводнику. На основе исследований физик сформулировал закон электро-магнитной индукции. Проводником служила медная проволока, накрученная на стержень из металла, обладающий магнитным свойством. Когда магнитные частицы в стержне располагались в соответствии с полюсами, он превращался в магнит и притяги-вал к себе металлические предметы. Чтобы намагнитить стержень, можно использовать катушку или постоянный магнит. Эффект возникнет при силь-ном вращении одного электромагнита вокруг другого.

В том же году появился прибор для преобразования электрической энергии в механическую. Первые электродвигатели напоминали паровые машины: только вместо цилиндров устанавливали электромагниты, вместо поршней - металлические якоря.

В 1834 году русский академик Борис Якоби создал первый электродвигатель с вращающимся якорем. Через 4 года академик применил усовершенствованный электромотор на первой в мире моторной лодке. Первый в мире генератор переменного тока был построен Павлом Яблочковым. А поистине революционным стало изобретение другого русского ученого М. Доливо-Довольского - генератор трехфазного тока.

Динамо-машина своими руками, ее элементы

Для того чтобы построить динамо-машину, потребуются такие основные элементы, как корпус, вращающийся якорь, коллектор, щеткодержатель, щетки, медная проволока с изоляцией.

Рассмотрим подготовку каждого элемента в отдельности.

Изготовление коллектора и щеткодержателя

При сборке динамо-машины, в частности коллектора и щеткодержателей, требуется внимание и аккуратность.

Обмотка

Для обмотки будем использовать медную проволоку с бумажной изоляцией сечением 0,5-0,8 мм. Необходимо приобрести полкилограмма проволоки, толщина которой будет влиять на напряжение и силу тока. Например, при обмотке проволокой 0,5 мм будет вырабатываться 25 вольт при силе тока в 1 ампер, если взять проволоку 0,8 - 8 вольт при силе в 3 ампера. Перед началом работ проволоку делим на две части. Для обмотки электромагнита потребуется 450 г провода 0,5 и 60 г для обмотки якоря. Если купили проволоку 0,8, для электромагнита отложим 430 г, а для якоря - 70 г.

Сборка динамо

Динамо-машина своими руками собирается в несколько этапов:

1. Для основания подготовим доску размером 150х200 мм, толщиной 30 мм. Просверлим два отверстия с краев кольца электромагнитов.
2. Крепим корпус к основанию двумя шурупами так, чтобы электро-магниты расположились на одной горизонтальной линии напротив друг друга.
3. К бо-кам корпуса, чтобы он прочно сидел, подкладываем деревянные брусочки и привинчиваем их к основанию.
4. Затем через подшипник на корпусе пропускаем свободный конец оси якоря. Вставляем его на место между электромагнитами.
5. На подшипник подшипниковой стойки с внутрен-ней стороны надеваем щеткодержатель со щетками и вставляем конец оси якоря с коллектором. На коллектор предварительно должна быть надета толстая металли-ческая шайба или кольцо из проволоки.
6. Устанавливаем якорь так, чтобы он при вращении между электромагнитами, не задевал их и находился от них на одном расстоянии. Стойка крепится на основание двумя шурупами.

Регулировка динамо-машины

• Закрепляем щетки так, чтобы они слегка касались коллектора и сильно не затормаживали его вра-щение.
• Проверим правильность соединений, отсутствие обрывов и замыканий. Подключаем к механизму батарею в 15-20 вольт. Если мотор работает, якорь быстро вращается, значит, динамо-машина своими руками собрана правильно.
• После проверки динамо-машину соединяем с при-водом, например от ножной швейной машины. К щеткам присоединяем напря-жение от батареи в 10 вольт, чтобы намагнитить электромагниты. Через минуту батарея должна отключиться, тогда начинаем быстро вращать якорь с помощью привода. К проводам от щеток подключаем вольтметр или лампу в 12 вольт. Если все собрано правильно, вольтметр будет показывать напряжение, а лампочка - накаливаться.
• С помощью равномерного вращения якоря надо слегка повернуть щеткодержатель в сторону вращения якоря, тогда щетки будут меньше искрить и лучше снимать напряжение. Опытным путем отрегулируем установку щеток.

Динамо-машина для велосипеда

Небольшой генератор для велосипеда устанавливается на боковой стенке покрышки. Он позволяет заряжать аккумуляторы мобильников, приемников и других устройств, зажигает фары. Бутылочная динамо-машина называется еще и боковым динамо. При езде покрышка приводит в движение ролик динамо, вращающий электрогенератор.

Для велосипедного генератора можно взять динамо-втулку, динамо-каретку. Подойдет и бесконтактная динамо-машина. Телефон она сможет зарядить вполне успешно.

• Бутылочный генератор во время работы создает сопротивление при езде и требует больше усилий для прокручивания, чем динамо-втулка. Правильная регулировка поможет уменьшить сопротивление.
• Бутылочная динамо-машина для велосипеда изнашивает покрышку в отличие от динамо-втулки.
• При влажности ролик динамо-бутылки возможно будет проскальзывать по покрышке, что существенно снизит количество вырабатываемой энергии.
• Для динамо-втулки не требуется хорошее сцепление и герметизация. Они не издают шума в отличие от динамо-машин.

Эксплуатация динамо-машины для велосипеда

Тщательная установка динамо очень важна, при этом надо учесть угол, высоту и давление. Для запуска велосипедная динамо-машина бутылочного типа перемещается и подсоединяется, а динамо-втулка просто включается вручную или автоматически.

Эксплуатировать динамо надо строго по инструкции.

1. Перед тем, как крутить педали, проверяем вольтметр. Он должен показывать напряжение (12-13).
2. Выбираем режим низкой мощности, включаем генератор, должна загореться лампочка индикатора.
3. Крутим педали, постепенно увеличивая скорость, до включения генератора. Лампочка погасла, на вольтметре значение 13-14. Крутить педали надо быстро, чтобы схема могла поддерживать мощность.
4. Вело динамо-машина работает более эффективно при высокой мощности. При тяжелых нагрузках лучше запускать генератор на низкой мощности, а после отключения нагрузки переключить на высокую.

Динамо-зарядник

В полевых условиях всегда пригодится простая «крутилка», динамо-машина для зарядки телефона. Актуальными являются зарядники со встроенным аккумулятором. Встречаются механические зарядники, также не занимающие много места. Многие современные «крутилки» снабжены фонариками.

Данные устройства вполне успешно заряжают мобильные телефоны. Например, при вращении ручки 2-3 оборота в секунду можно получить значение коэффициента от 0.65 до 2.5. Пару минут покрутил и можно говорить по телефону от 2 до 5 минут. Все зависит от модели и условий приема. Ручная динамо-машина не сможет снабжать мощный смартфон с большим дисплеем. Механическая зарядка обеспечит результат в связке с простым телефоном вместе с гарнитурой hands-free.

Зарядка динамо-машина сработает результативно при полностью разрядившемся аккумуляторе, но повысить заряд телефона кручением рукоятки можно только до 50%. Когда аккумулятор разряжен только наполовину, «крутилка» становится бесполезной игрушкой. Если в инструкции указан максимальный ток зарядки - 400 mA с мощностью 2 Вт, то дополнительную энергию выжать не удастся даже при быстром вращении рукоятки.

Мощный генератор своими руками

Мощный генератор электроэнергии можно собрать, используя старый велосипед без восьмерок на заднем колесе. Подойдет 28-дюймовое колесо и передняя звездочка на 52 зуба, но возможны и другие варианты, например, 26-дюймовое и звездочка на 46 зубов. В первую очередь снимаем ненужные детали: переднее колесо, покрышки, переключатель передач, тормоза. Устанавливаем велосипед на подставку.

Генератор должен быть автономным с двумя большими клеммами и одной маленькой. Две большие клеммы соединяем вместе, образуя плюс, а маленькую - с индикаторной лампочкой. Клемму заземления соединяем с корпусом (минус). Чистим генератор, снимаем с него вентилятор охлаждения. Закрепляем генератор на кронштейне за сидением, шпиндель должен находиться снаружи на 10-12 см от обода. Подбираем ремень, желательно зубчатый, окружностью примерно 82 дюйма. Для колес по 26 дюймов подойдут ремни A78, а для 27-дюймовых колес - A80.

Для регулировки натяжения генератора переменного тока используем натяжитель пружинного типа. Ремень не надо затягивать сильно, так как вращающий момент довольно низок. На руль закрепляем вольтметр, выключатель и лампочку. Если в доме есть дети, необходимо защитить движущиеся частям механизма, чтобы исключить возможность травматизма.

Всем знакома ситуация - ждешь важный звонок и вот невезуха, аккумулятор телефона разрядился, а вы на улице. Сегодня на рынке конечно можно найти альтернативные зарядные устройства, в частности на солнечных батарейках. Но как правило, солнечные батареи имеют низкий КПД (не более 15-17%) и не успевают заряжать мобильный телефон, а иногда процесс зарядки занимает до 6 часов.

Можно конечно использовать зарядные устройства от одной пальчиковой батарейки, но как правило такие девайсы предназначены только для подзарядки, и батарейка быстро разряжается.

В итоге было решено собрать компактное зарядное устройство со встроенным генератором постоянного тока. Известно, что для зарядки маломощных автономных устройств (мобильный телефон, приемники, плееры и т.п.) нужно иметь рабочее напряжение не менее 4.5-4.8 вольт, следовательно нужно применить соответствующие аккумуляторы, но они занимают немало места, поэтому было решено использовать DC-DC преобразователь напряжения 1,5-6 вольт. Преобразователь был использован уже готовый, от зарядного устройства на одной батарейке (куплено за 130 рублей). Преобразователь достаточно компактный и имеет высокий кпд ниже параметры преобразователя.

Входное напряжение – 1.2-1.7 вольт
Ток потребления - до 2 ампер
Выходное напряжение - 5,5 вольт
Выходной ток - до 500 мА
Дроссель удобно мотать на кольце от энергосберегающей лампы, содержит 9 витков провода 0.3мм

Суть работы устройства достаточно проста - генератор вращается, заряжает встроенный аккумулятор, при подключении нагрузки (в нашем случае телефон) на выход преобразователя, последний включается и заряжает его. В процесс зарядки можно подзарядить резервный источник, вращением генератора.

В качестве генератора использовался электродвигатель от кассетного плеера. При 2500 об/мин генератор способен дать до 8 вольт напряжения при токе до 850 мА! Согласитесь немало для такого малыша.

Для того, чтобы обеспечить нужное число оборотов, был использован редуктор. К счастью нашлась старая игрушка со встроенным редуктором, число передач всего 2, но этого хватит для нормальной зарядки резервного аккумулятора. Такую «коробку» передач можно изготовить от дисковода ненужного двд проигрывателя или компьютера, там есть все необходимое, главное обеспечить генератору более 300 об/мин, при таких оборотах он свободно выдает 2 -2.5 вольт, что вполне хватает для зарядки резервного источника.

В качестве резервного источника использовалась одна банка никель металл гибридного аккумулятора с напряжением 1.2 вольт, емкостью 1200 мА, хотя можно использовать аккумуляторы с любой емкостью. На плюс генератора необходимо подключить диод в прямом направлении, чтобы предотвратить подачу обратного напряжения на генератор, в противном случае последний будет работать как электродвигатель.

Основой является высококачественный DC-DC преобразователь на микросхеме ZHDZ5.

Микросхема достаточно распространенная, можно приобрести в радиомагазине за 1$, хотя можно также купить готовую зарядку от батарейки всего за 3$.

Особенностью данного преобразователя является то, что он включается только тогда, когда на выход подключена нагрузка, об этом говорилось вначале статьи.007G, он же - MMBR5031LT1, высокочастотный кремниевый NPN транзистор. Сама схема проста и обеспечивает высокий КПД, все компоненты в SMD исполнении, поэтому все так миниатюрно.

Готовое устройство следует дополнить гнездом для подключения кабелей зарядки разных автономных устройств. В итоге получилось достаточно компактное универсальное зарядное устройство, который выручит всегда, независимо от погодных условий и других факторов.

Список радиоэлементов