Динамомашины и "генераторы с ручным приводом". Динамо фонарик из шагового двигателя Электроника самодельного генератора с ручным приводом

Рис. 1. Диск Фараде я

В предыдущих статьях данного цикла рассматривались первые электрические двигатели, созданные в начале XIX века с питанием от единственного известного источника – гальванической батареи . Низкая экономическая эффективность такого электрохимического источника, препятствующая замене паровых двигателей электрическими, заставляла изобретателей искать другие, электромеханические способы генерации электроэнергии. В данной статье отражен процесс создания электрогенераторов постоянного тока, в результате которого было открыто явление самовозбуждения за счет положительной обратной связи, называемое принципом динамо.

Первый электромеханический генератор был предложен Фарадеем в 1832 г. сразу после открытия им закона электромагнитной индукции (рис. 1) . Диск Фарадея содержит: статор в виде подковообразного магнита – 1 и медный диск (ротор) – 2, снабженный подвижными контактами на оси и ободе.

При вращении диска в магнитном поле в нем наводится ЭДС постоянного знака, вызывающая индукционные токи, текущие по правилу правой руки радиально, т. е. между осью и ободом (в данном случае, снизу вверх). По правилу Ленца индукционные токи создают магнитный поток, препятствующий потоку магнита, т. е. направленный вдоль оси вращения диска. Это единственный известный униполярный генератор постоянного тока, применяемый для выработки больших токов до сих пор. Остальные генераторы постоянного тока являются, по существу, генераторами переменного тока с выпрямителем (коммутатором) на выходе.

Рис. 2. Генератор Пикси

Первый генератор переменного тока был построен во Франции мастером Ипполитом Пикси (Hippolyte Pixii) в том же 1832 г. . За свою короткую жизнь в 27 лет Пикси создал много научных приборов, включая дилатометрический термометр и вакуумный насос. Генератор Пикси показан на рис. 2, где обозначены: 1 – статор с двумя катушками, включенными последовательно, 2 – ротор с постоянным магнитом, 3 – щеточный коммутатор (выпрямитель). Силовые линии вращающегося магнита пересекают обмотку катушек, наводя в них ЭДС, близкую к гармонической. Идея катушек и вращающегося магнита принадлежит изобретателю, приславшему письмо Фарадею, подписанное латинскими инициалами P.M. Вероятное имя изобретателя – Фредерик Мак Клинток (Frederick Mc-Clintock) – долгое время оставалось неизвестным . Фарадей незамедлительно опубликовал это письмо в научном журнале. Однако это устройство генерировало переменный ток, тогда как в начале XIX века применялся только постоянный ток. Поэтому Пикси по совету Ампера снабдил его щеточным коммутатором. Генератор Пикси использовался Э. Х. Ленцем для доказательства открытого им в 1833 г. принципа обратимости электрической машины. Однако еще долго двигатели и генераторы развивались по отдельности.

При создании высоковольтного дистанционного взрывателя морских мин в 1842 г. Якоби предложил поместить магниты на статоре, а обмотку на роторе, что повысило компактность генератора. Генератор Якоби представлен на рис. 3 , где обозначены: 1 – статор с двумя постоянными магнитами, 2 – вал, 3 – якорь (ротор с обмоткой), 4 – коммутатор, 5 – мультипликатор, т. е. повышающий редуктор для увеличения скорости вращения ротора.

Рис. 3. Генератор Якоби

Аналогичную конструктивную схему имел генератор, предложенный английским инженером Фредериком Холмсом (Frederick Holmes) для питания запатентованной им дуговой лампы. Для серийного производства генераторов в 1856 г. была создана компания «Альянс» . Вид генератора представлен на рис. 4, где: 1 – статор с постоянными магнитами; 2 – ротор с обмоткой (якорь); 3 – центробежный регулятор, 4 – механизм сдвига щеток.

В нем использовался центробежный регулятор Уатта для автоматического поддержания выходного напряжения путем сдвига щеток с нейтрали при изменении нагрузочного тока, что обеспечивало компенсацию реакции якоря. Генератор имел 50 постоянных магнитов, развивал мощность 10 л.с. при весе до 4 тонн. Всего было выпущено более 100 генераторов «Альянс», применявшихся, помимо дуговых прожекторов маяков, и в гальванопластике.

Рис. 4. Генератор «Альянс»

В эксплуатации у машин с постоянными магнитами обнаружился неприятный недостаток снижения выходного напряжения из-за постепенного размагничивания магнитов от вибрации и старения. Другим недостатком возбуждения от постоянных магнитов была невозможность регулирования их магнитного потока для стабилизации генерируемого напряжения. Для борьбы с этими недостатками предлагалось применить электромагнитное возбуждение, обеспечивающее к тому же, как отмечалось в статье , большую компактность. Так, преуспевающий английский изобретатель Генри Уайльд (Henry Wilde) получил в 1864 г. патент на генератор с отдельным маломощным возбудителем на постоянном магните, установленном на общем валу с генератором . Уайльд не имел университетского образования, начинал свою карьеру учеником механика, но ему удалось наладить производство своих генераторов для гальванопластики. Тем не менее, становилось ясно, что наличие постоянных магнитов в генераторах – серьезный тормоз развития телеграфии и электрического освещения.

Кардинальное решение проблемы появилось после открытия возможности самовозбуждения генераторов, названного Сименсом динамоэлектрическим принципом, или принципом динамо . Идея самовозбуждения состоит в том, что – как показано на рис. 5 – начальный поток возбуждения при пуске машины создается остаточной намагниченностью магнитопровода, где напряжение генератора снимается с обмотки якоря Я, а возбуждение машины выполняется либо обмоткой ОВ1, включенной последовательно с нагрузкой R н, либо обмоткой ОВ2, включенной параллельно якорю через регулировочный резистор R (так называемое шунтовое возбуждение). Далее поток возбуждения увеличивается за счет положительной обратной связи от генерируемого тока.

Рис. 5. Схема генератора с самовозбуждением

Одним из первых на возможность самовозбуждения генератора указал в патенте 1854 г. датский инженер и организатор железнодорожного сообщения Сорен Хиорт (S?ren Hjorth). Однако, опасаясь слабости остаточной намагниченности, он дополнил генератор постоянными магнитами. Этот генератор Хиорта так и не был реализован. Независимо от Хиорта идею самовозбуждения высказал в 1856 г. профессор Будапештского университета Аньеш Йедлик (?nyos Jedlik). Он также предложил один из первых электродвигателей, описанный в статье . Однако Йедлик своих изобретений не патентовал и сведения о них публиковал весьма скупо, поэтому его новаторские предложения остались незамеченными.

Практически идея самовозбуждения была реализована лишь через десять лет в одно и то же время несколькими изобретателями. В заявке на патент в декабре 1866 г. инженер английской телеграфной компании, ученик Фарадея Самюэль Варлей (Samuel Alfred Varley) предложил схему генератора, аналогичного генератору Якоби, в котором, однако, обмотка возбуждения заменяла постоянные магниты. Схема генератора показана на рис. 6, где: 1 – электромагниты возбуждения, 2 – якорь, 3 – коммутатор, 4 – добавочный регулировочный резистор. Перед пуском сердечники возбуждения намагничивались постоянным током.

Рис. 6. Генератор Варлея

Через месяц, в январе 1867 г., в Берлинской Академии наук был представлен доклад известного немецкого изобретателя и промышленника Вернера Сименса (Werner Siemens) с подробным описанием генератора с самовозбуждением, названного им динамо-машиной. Перед пуском генератор включался как двигатель для намагничивания возбуждения. Впоследствии Сименс наладил широкий промышленный выпуск таких генераторов в Германии.

В феврале того же 1867-го г. известный английский физик Чарльз Уитстон (Charles Wheatstone) запатентовал и продемонстрировал генератор с шунтовым возбуждением (рис. 5). Владелец мастерской музыкальных инструментов, перенявший дело от своего отца, впоследствии профессор Королевского колледжа King’s College в Лондоне, Уитстон известен также своими изобретениями метода измерения сопротивления (мост Уитстона), однофазного синхронного электродвигателя, музыкального инструмента концертино, стереоскопа, хроноскопа (электрического секундомера) и усовершенствованного вида телеграфа Шиллинга.

В печати возникла дискуссия о приоритете данного технического решения, на который претендовали также Уайльд и Хиорт. Следует отметить, что существует три вида приоритета: научный, патентный и промышленный. Научный приоритет принадлежит ученому, впервые опубликовавшему или публично продемонстрировавшему какое-либо устройство, эффект или теорию. Промышленным приоритетом владеет лицо или компания, впервые наладившие производство изделия и его широкое внедрение. Например, при открытии радио научный приоритет принадлежит Попову, а патентный и промышленный – Маркони.Относительно генератора с самовозбуждением следует признать патентный приоритет за Варлеем, научный – за Йедликом и Сименсом, а промышленный – за Сименсом. Уитстону же принадлежит приоритет в частном, хотя и весьма важном, техническом решении – шунтовом возбуждении.

Дальнейшее улучшение характеристик динамо-машины было связано с изменением конструкции ее якоря путем применения в 1867 г. бельгийским электротехником Зиновием Граммом (Zenobe Gramme) кольцевого якоря, а затем внедрением барабанной намотки, предложенной в 1872 г. Гефнером Альтенеком (Hefner Alteneck), ведущим конструктором компании Сименс-Гальске . После этого электродвигатели и генераторы практически приняли современный вид. Однако к концу XIX века в связи с широким внедрением систем переменного тока основная доля электроэнергии на гидро- и тепловых электростанциях вырабатывалась уже генераторами переменного тока.

Рис. 7. Модель геодинамо

Что касается самого принципа динамо, то о нем снова вспомнили уже в ХХ веке для объяснения причин земного магнетизма, которое Эйнштейн в 1905 г. назвал одной из пяти главных загадок физики того времени . До сих пор окончательного ответа, подтвержденного компьютерным моделированием или физическими экспериментами, не получено, но наиболее популярной является теория, называемая гидромагнитным динамо (геодинамо). Еще со времен Уильяма Гильберта (конец XVI века) установлено, что Земля – это гигантский магнит, силовые линии которого направлены от южного полюса к северному. Согласно уравнениям Максвелла, магнитные потоки могут создаваться только токами, поэтому естественно было предположить, что Земля – это электромагнит, токи которого текут в плоскостях, параллельных экватору, а сердечником служит твердое ферромагнитное ядро Земли, показанное на рис. 7, с предполагаемым вертикальным расположением оси вращения Земли. Это железоникелевое ядро (1) диаметром около 1200 км окружено жидкой оболочкой (2) из тех же металлов толщиной 2300 км, за которым следуют горные породы мантии и коры Земли.

Если предположить, что вследствие вращения Земли (3) в жидкой оболочке ядра образуются концентрические течения в плоскостях, параллельных экватору (на рисунке не показаны), то в них могут индуктироваться токи за счет пересечения силовых линий (4) магнитным потоком от твердого ядра – как в генераторе Фарадея. Однако твердое ядро принципиально не может быть намагниченным, поскольку его температура, вызванная термоядерными реакциями, выше 5000 о С (как на поверхности Солнца), а все ферромагнитные материалы теряют свои магнитные свойства выше точки Кюри (около 750 о С). Кроме того, ученые не могли предложить разумного объяснения причин образования таких концентрических течений. Поэтому в настоящее время принята более сложная модель, называемая конвективным геодинамо.

Температура поверхности жидкого ядра на границе с мантией (5) примерно на 600 о С ниже температуры твердого ядра, что вызывает радиальные конвективные потоки жидкости (6), которые под действием кариолисовых сил, вызванных вращением Земли, закручиваются в вихри (7), ось вращения которых совпадает с осью вращения Земли. Далее в этих жидких вихрях, аналогично диску Фарадея, индуктируются токи, создающие магнитные потоки (4) вдоль оси вращения Земли.

Более сложным является вопрос о первоначальном образовании магнитного поля Земли. В 1919 г. ирландский физик и математик Джозеф Лармор (Joseph Larmor), выпускник Кембриджского университета, один из создателей теории электрона и основателей релятивистской теории, предложил для его решения идею самовозбуждения, аналогичного процессу в динамо-машине. Необходимая первоначальная намагниченность мантии Земли могла быть вызвана магнитным полем Солнца, направленным вдоль оси вращения. Затем за счет механизма положительной обратной связи в вихрях жидкости постепенно нарастали токи, намагничивающие мантию, пока локальный нагрев жидкого ядра за счет омических потерь не начал разрушать конвективные потоки и магнитное поле Земли не приняло устойчивый современный уровень .

В 1831 году английский физик Михаил Фарадей открыл очень интересное явление и вывел из него закон электро­магнитной индукции. Сущность электромагнитной индукции заключается в том, что в медном проводе, если его вращать в неоднородном магнитном поле, то-есть между полюсами магнита или электромагнита, возникает электромагнитное поле. Электромагнитное поле возбуждает движение электро­нов, и по проводнику начинает течь электрический ток.
Но откуда же появилось электромагнитное поле и элек­трический ток, спросите вы, если у нас находится только обыкновенная медная проволока, намотанная на металличе­ский стержень?
Дело в том, что металлический стержень обладает маг­нитным свойством. Но пока стержень этот—немагнитный, потому что магнитные частицы расположены в нем неупорядо­ченно, как попало. Если эти магнитные частицы привести в порядок, то-есть расположить согласно магнитным полюсам, то стержень приобретает свойство магнита и будет притяги­вать к себе металлические предметы. Такое упорядочение магнитных сил можно произвести путем намагничивания стержня постоянным магнитом или электрическим током с помощью катушки. Можно это сделать и с помощью силь­ного вращения одного электромагнита вокруг другого.
В стержне электромагнита всегда имеются слабые следы магнетизма, которые возбуждают в обмотках слабый электри­ческий ток. А когда начинают вращать один электромагнит вокруг другого, электромагнит намагничивается еще силь­нее, а усиление магнитных сил увеличивает ток в обмот­ках и т. д. Таким образом при наибольшей скорости вра­щения электромагнита ток в обмотке достигает полной силы. Собранный при помощи специального устройства, называемого коллектором, электрический ток направляется во внешнюю электрическую цепь. Следовательно напряже­ние, даваемое таким устройством, зависит от магнитной способности сердечника, скорости вращения и длины обмот­ки электромагнита. Но практическое применение этого зако­на сначала пошло не по линии создания производителя электроэнергии, а по линии ее потребителя—электромотора.
Вскоре после открытия Фарадеем закона электромагнит­ной индукции, в том же 1831 году, был построен первый прибор, преобразующий электрическую энергию в механи­ческую. Следует заметить, что Фарадей, открыв явление электромагнитной индукции, еще не создал электродвигателя.
Первые изобретатели электродвигателей придерживались при их конструировании принципов работы паровых машин.
Так, один из первых конструкторов электродвигателя—Бур-буз сделал точную копию паровой машины, заменив цилин­дры электромагнитами, а поршни—металлическими якорями. Переключатель напряжения — современный коллектор—также был выполнен в виде золотниковой коробки паровой маши­ны. Такой двигатель представлял собой две пары электро­магнитов, между которыми была установлена стойка с коро­мыслом. На коромысле помещались якоря, и в то же время коромысло было соединено системой рычагов с маховиком. От кулачка маховика шел шток к переключателю в виде зо­лотниковой коробки. При включении тока одна пара электро­магнитов притягивала к себе якорь, приводя в движение рычаги и поворачивая маховик. При притяжении якоря к пер­вой паре электромагнитов, шток переключателя переводил ползун и, разрывая действующую цепь, включал тут же цепь второго электромагнита. Второй якорь притягивался ко вто­рой паре электромагнитов, рычаги перемещались и вращали маховик дальше.
Первые электродвигатели, действовавшие по принципу так называемого возвратно-поступательного движения, были очень слабы и не могли быть практически применены. Но уже в 1834 году русский академик Борис Семенович Якоби, который открыл гальванопластику, построил первый электро­двигатель без возвратно-поступательного движения. В его двигателе рабочая часть, то-есть якорь, совершала враща­тельное движение, как и в современном электромоторе.
Первый электромотор Якоби был очень прост по устрой­ству: над электромагнитами устанавливалась горизонтальная оеь с насаженными на нее деревянными кругами, в которые по окружности были вставлены металлические стержни. На конце оси была прикреплена металлическая звездочка с коли­чеством зубцов, равным количеству металлических стержней якоря. К звездочке приставлялась пружина, которая при вращении якоря поочередно касалась зубцов звездочки и тем самым периодически включала напряжение в обмотку электро­магнита, а последний, поочередно притягивая стержни якоря, вращал его на оси.
Позднее, в 1838 году, Якоби сконструировал электродви­гатель, который сам же практически применил на первой в мире электромоторной лодке. Этот двигатель состоял из 4 электромагнитов статора и 4 электромагнитов ротора. Ввиду того, что Якоби в этом двигателе на роторе-якоре применил тоже электромагниты, мотор обладал уже практической мощностью.
Занимаясь дальнейшими исследованиями и усовершенство­ваниями своего электродвигателя, Якоби заметил, что если, прилагая механическую силу, вращать якорь его электродви­гателя, то в обмотках возникает электрический ток и таким образом электродвигатель из потребителя электроэнергии превращается в ее производителя. Это было новое открытие русского ученого, которое послужило началом создания гене­ратора электрической энергии—динамомашины. Таким обра­зом были намечены пути прямого применения закона электро­магнитной индукции, открытого Фарадеем, о чем уже гово­рилось в начале этого раздела.
Совместно с известным ученым Ленцем, Якоби определил основные законы электрического тока и принципы, на кото­рых действуют электродвигатели.
Эти новые открытия в области применения электричества Фридрих Энгельс определил так: „…Это колоссальная рево­люция. Паровая машина научила нас превращать тепло в механическое движение, но использование электричества от­кроет нам путь к тому, чтобы превращать все виды энергии— теплоту, механическое движение, электричество, магнетизм, свет—одну в другую и обратно и применять их в промыш­ленности (Маркс и Энгельс, соч., т. XXVII, стр. 289.)
Благодаря усовершенствованию электродвигателей мы уже имеем возможность преобразовывать любые виды энергии одна в другую и с успехом использовать все виды энергии для развития социалистического народного хозяйства.
Исключительно много сделали в области усовершенство­вания электродвигателей и генераторов, а также в области магнитологии русские и, в частности, советские ученые.
С момента зарождения электротехники очень много вни­мания уделялось исследованию магнитных свойств железа, так как оно являлось основным строительным материалом электродвигателей и от его магнитных свойств зависел успех работы нового двигателя. Замечательные исследования рус­ского ученого Александра Григорьевича Столетова, произве­денные в 1872 году, явились законополагающими в этой области. Он установил, что магнитная проницаемость желе­за—величина непостоянная. Она изменяется в зависимости от структуры железа и степени его намагничивания. Выве­денные из этого научные расчеты Столетовым и по настоя­щее время применяются учеными и инженерами при конст­руировании электродвигателей.
Русский электротехник Павел Николаевич Яблочков (1847— 1894), изобретатель первой дуговой электрической лампы, первый построил якорь электромотора барабанного типа^ который является самой совершенной конструкцией. П. Н.Яб­лочков первым в мире построил и альтернатор—генератор переменного тока, который применяется теперь на всех электростанциях.
Революцию в области получения электроэнергии произвел своим изобретением генератора трехфазного тока в 1890 году русский ученый М. О. Доливо-Добровольский.
Большой вклад в развитие магнитологии—науки о магни­тах и магнитных явлениях—внес советский ученый-магни­толог, действительный член Академии наук СССР, лауреат Сталинской премии Николай Сергеевич Акулов. Он открыл важный закон, известный как закон Акулова. Пользуясь этим законом, можно заранее определить, как при намагни­чивании отдельных металлов изменяется их электропровод­ность, теплопроводность и другие качества.

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

Питание весов: от сети (С), от динамо-машины (Д)		Показания весов (в кг)

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

Динамо-машина
компоненты	стоимость
CD -ROM неисправный
Резистор
Мост диодный
Конденсатор
USB удлинитель дл. 1 м
Итого:	307 руб.

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.

Всем здорова. Вот решил немного отдохнуть от пневматики и заняться снова электроникой. В этот раз будет более компактная версия динамки из шагового двигателя, весь процесс изготовления я запечатлил на фотоаппарате и представлю его вашему вниманию. Итак начнем с подбора деталей.
Что нам нужно:
1 сам генератор, его мы вытаскиваем из принтера

2 шестеренки, я их вытащил из магнитофона но вы принтере тоже есть


Ну собственно и все, начнем изготовление.
Найдем подходящие нам шестеренки для того чтоб изготовить повышающий редуктор. Для этого нам понадобятся две шестеренки, одна большая а другая маленькая.


Маленькую мы наденем на вал моторчика(в моем случае вал оказался большим и я расширил отверстие на шестеренке), затем как все подошло то я капнул клея шоб все было намертво.


Затем усаживаем большую шестеренку на болт который прикручен к самому моторчику(мне повезло что шестеренка подошла к креплению и соприкасалась с другой шестерней на валу).




Ну вот настала очередь ручки. Ее я сделал из металлического конструктора, затем просверлил отверстие в большой шестеренке и на нем зафиксировал ручку.


Ну собственно и все, осталось собрать диодный мост чтоб выпрямить ток. Можно поставить стабилитрон. Так как в моторчике 6 проводов я соединил два вместе(красный, желтый) и у меня получилось два одинаковых вывода (синий, белый) и (черный, коричневый) которые вырабатывают одинаковое напряжение. Я сделал по своему к одному выводу я припаял диодный мост и стабилитрон на 6 вольт а к другому просто диодный мост. Таким образом я получил с одного вывода напряжение около шести вольт а у другово в зависимости от скорости вращения.
Теперь поговорим о параметрах.
первый вывод
напряжение 5.7 вольт
сила тока 900 миллиампер макс.
скорость вращения ручки 1 оборот в секунду
второй вывод
напряжение 1-15 вольт
сила тока при 15 вольт составляет 1.2 ампер
скорость вращения ручки 3 оборота в секунду для 15 вольт
Параметры вполне отличные.
А теперь плюсы и минусы.
+простота изготовления
+доступность компонентов
+можно зарядить любой ручной гаджет(телефон, навигатор, плеер, фотик и т.д.)
-пока нету корпуса но его скоро сделаю
-нужно смазывать маслом или солидолом места соприкосновения металла с пластиком чтобы уменьшить трение.
Вот показания напряжений.
с первого вывода


со второго при скоростти вращения два оборота в секунду


Вообщем я хочю сказать по поводу данного устройства, штука хорошая и незаменимая в глуши гденить за городом где нет электричества. Способность работать практически во всех условиях (кроме воды но и это решаемо).
Ну собственно и все комментируйте, плюсуйте.

Канал Игорь Круч представил вашему вниманию новую самоделку, которую уже давным-давно автор видео сделал, но все время не было снять и выложить на YouTube. Наконец-то самодельная большая динамо-машина. Творение, на которое ушел где-то месяц работы, неспешно, продумано, все делалось, качественно, на совесть.

Посмотрите на выбор ручных генераторов и неодимовых магнитов в этом китайском магазине .
Она изготовлена из того, что было в наличии: движок, ремень и натяжитель из струйного принтера. Кроме того: тумблер, литий-ионная акб 18650. Добавилось ребро жёсткости. Из дисков сделан шкив. На холостом ходу производит напряжение до 11 вольт и ток 1,5 Ампера. Мощности хватает на светодиодные фонари, маломощный усилитель, смартфон. Для ноутбука данной динамо машины, сделанной своими руками, недостаточно.
Итак, обзор. Стенка и днище сделано из ламината, оставшийся лишний после ремонта. Шкив для ремня сделан из оптических дисков, ненужных, как можно заметить, они были просверлены и скручены. Ремень большой, длинный, желтого цвета, из старого принтера, ровно как и натяжитель из старого принтера, он был побольше. Отпилил ненужную часть.
Генератор остался тот же самый, ручка тоже, была изогнута, это необходимо, чтобы не цеплялась за ремень и натяжитель. Она была изогнутая, и позиция расположения этой рукоятки изменилась, так удобнее. В данном случае достигается оптимальное передаточное число. Также нововведение – ребро жесткости, потому что стенки из ламината слишком высокие получились, и она начала сильно раскачиваться, благодаря ему все надежно, ничего не шатается.

Электроника самодельного генератора с ручным приводом

Стоит сказать следующее. Генератор, диод и конденсаторы остались совершенно те же самые, как и в предыдущей динамо-машине. Также добавился один тумблер и блок аккумуляторов. Добавил разъемы соответственно, чтобы можно было к ней нагрузку подключать, удобно через разъемы. Слева кусочек отпиленной материнской платы ноутбука, неисправной материнской платы. У нас получилось 3 USB-порта для подключения питания. Чуть правее самодельная платка, макетная плата с 5-ю штырями. Соответственно можно подключить 5 потребителей энергии и к 3-ем USB-портам можно подключить 3 потребителя энергии.
В итоге суммарно параллельно вместе одновременно можно запитывать от этой динамо-машины 8 потребителей, но пока эксплуатируются лишь 2 потребителя, о них тоже скоро скажу. Тумблер спереди находится, а так динамо-машина выглядит снизу. Особо смотреть ничего: 4 резиновые ножки на двухсторонний скотч приклеены и 2 винтика от ребра жесткости.

Примечание. Винты, которыми скручены диски – с потайной головкой; на шкиве нанесены поперечные насечки (иначе ремень проскальзывал) и “железка”, на которой вращается шкив – это керн от старого динамика. Аккумуляторы скреплены с металлическими пластинами неодимовыми магнитами, которые благодаря покрытию из никеля прекрасно проводят ток. Сами металлические пластины – от сердечника трансформатора. Между шкивом и “железкой”, а также между шкивом и ламинатом густая смазка.