Как сделать динамо-машину своими руками: шаг за шагом

Дата публикации: 25 марта 2020

Использование множества электронных устройств делают человека зависимым от источников питания. Поэтому авария на централизованной сети или быстро севшие батарейки приобретают масштаб глобальной катастрофы. Приобрести свободу от посторонних факторов и всегда иметь под рукой энергонезависимое зарядное устройство позволит сборка динамо-машины своими руками. Может показаться, что ее проще купить на Алиэкспресс. Но, чтобы разобраться с тонкостями физики процесса, лучше все же собрать динамо-машину, подогнав и заботливо отрегулировав каждый элемент.

Конструктивные элементы динамо-машины и их особенности

Небольшое количество деталей упрощает процесс сборки модели, но требует тщательности и внимания.

Подойдет консервная банка достаточного диаметра или отрезок металлической трубы. Оба варианта требуют утяжеления. Для этого на поверхность изделия приваривается небольшая металлическая полоса аналогичной ширины. Одновременно из остатков металла следует сделать сердечники для электромагнитов. Для этого несколько полос железа под размер корпуса взаимно скрепляют и соединяют паяльником по бортам. Готовые сердечники крепят к отверстиям в корпусе, проделанным друг против друга. Для закрепления вращающегося якоря, который будет изготовлен на следующем этапе, в корпусе делаются две подшипниковые полосы и стойка из латуни или жести.

Эта деталь – одна из самых сложных в устройстве. Потребуется несколько жестяных пластин, из которых вырезается около 120 кругов диаметром чуть меньше диаметра корпуса. Их следует разметить: разметить круг на 8 секторов и провести окружность относительно центра диаметром около 38-40 мм. В точках пересечения окружности и секторов сверлят отверстия 8 мм. Пластины фиксируются гайками и надеваются на ось.

Эту деталь проще изготовить из трубы. Фрагмент размерами 25 см длиной и таким же диаметром распиливается на 4 равные части. Из сухой древесины, эбонита или фибры вырезается цилиндр с диаметром и длиной около 25 мм. В его центре высверливается отверстие, чтобы деталь села на ось якоря. Фрагменты трубы крепятся к цилиндру шурупами так, чтобы концы крепежей не подходили к оси якоря во избежание замыкания. Расстояния между фрагментами труб заполняются канифолью.

• Щеткодержатель со щетками

Щеткодержатель применяется для снятия напряжения с поверхности коллектора. Его основание толщиной около 10 мм изготавливается из диэлектрика. В нем необходимо сделать три отверстия под щетки и одно в центре для надевания на ось подшипника. Щетки изготавливаются из медных или латунных пластин длиной около 40-50 мм со сквозным отверстием под болты. Благодаря его наличию по мере приближения к коллектору сила нажима будет меняться. Щетки фиксируют шайбами, а их концы затачиваются под небольшим углом, чтобы они плотно касались поверхности коллектора.

Как сделать обмотку

Чтобы сделать динамо-машину своими руками, потребуется около 0,5 кг медной проволоки с бумажной изоляцией 0,5 — 0,8 мм толщиной. При толщине 0,5 мм будет вырабатываться напряжение 25 В с силой тока в 1 ампер, при толщине 0,8 мм — 8 вольт и 3 ампера. Для электромагнита следует отмерить 450 гр проволоки, остаток пойдет на обмотку якоря. Намотка выполняется обычным способом с плотным прилеганием витков и надежной фиксацией концов.

Сборка конструкции

Последовательность работ выглядит так:

• Для основания берется доска размером 150*200-30 мм.
• К ней крепится корпус с помощью двух шурупов.
• По бокам от корпуса плотно прикручивают два небольших деревянных бруска.
• Свободный конец оси якоря вставляется через подшипник на корпусе.
• Изнутри на ось подшипника надевается щеткодержатель.
• Якорь устанавливается так, чтобы при вращении он не задевал стенки корпуса и другие элементы конструкции.

Есть и более простой вариант сборки, позволяющий получить общее представление о конструкции динамо-машины:

На заключительном этапе необходимо отрегулировать щетки, расположив их края вплотную к коллектору. Важно, чтобы его вращение не затрудняли расположенные рядом элементы. К собранному устройству можно подключить батарею на 20 Вт: если якорь будет вращаться, а мотор – работать, сборка проведена верно.

• Дом как единый энергетический проект
• Утеплять или топить?
• Российская светодиодная лампа SvetaLED получает международное признание
• Энергоэффективность современной экономики России

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Как самому собрать динамо машину

Введение

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.

Формулировка выводов практических рекомендаций о возможности применения динамо-машины в качестве источника питания бытовых приборов.

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)

шкив диаметром 80 мм (сборный из дерева и гетинакса)

ручка из металлической пластины с отверстиями для крепления

приводящий ремень из резины

Кабель электрический с разъемом USB тип А гнездо.

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

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).

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.

Динамомашина своими руками

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

Динамомашина

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.

Преобразователь

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.