Бесконтактная динамо-машина своими руками

Эта страница содержит инструкцию по сборке своими руками простой бесконтактной динамо-машины из обмотки реле и магнитов жесткого диска. Самодельная динамо-машина может питать заднюю мигалку и переднюю фару. Если вас интересует педальный генератор для питания оборудования, то смотрите серию статей про сборку мощного электрического генератора своими руками из автомобильной динамо-машины и велосипеда.

Электрическая схема питания задней мигалки достаточно простая. Она содержит только три ярких красных светодиода и конденсатор на 4700 нФ. Конденсатор используется только для стабилизации напряжения на одном из светодиодов. Остальные два светодиода мерцают во время прохождения магнитов возле обмотки. Если вы хотите, чтобы мерцали все три светодиода, то можно удалить конденсатор. Если параллельно подключить несколько светодиодов, то немерцающий светодиод будет продолжать светить даже во время остановки.

Во второй части инструкции мы создадим схему питания пяти белых ярких светодиодов передней фары с помощью двух катушек. Эта схема полностью независима от первой схемы питания заднего фонаря.

1. Передняя фара с пятью белыми светодиодами
2. Задний фонарь с тремя красными светодиодами и конденсатор на 4700нФ
3. Катушка второй схемы, питающей переднюю фару
4. Катушка первой схемы, питающей задний фонарь
5. Магнит жесткого диска

1. Магнит жёсткого диска
2. Обмотка реле

Схема заднего фонаря с динамо-машиной.

1. Старое реле

1. Контакты катушки
2. Крепёжный винт

Чтобы не тратить время на сборку катушки своими руками, лучше попробуйте найти какое-нибудь старое реле. Панель на рисунке выше я достал из старой миниАТС. На второй картинке показана катушка из разобранного реле.

Сопротивление катушки должно находится в границах между 100 и 200 ом. Сопротивление изображённой на рисунке катушки составляет 200 ом. Чем больше сопротиление катушки, тем больше генерируется энергии, но вместе с тем и падает эффективность из-за возрастания потерь в катушке.

Далее нужно будет достать неодимовые магниты из жесткого диска. В моей динамо-машине на заднем колесе используется три таких магнита, но вы можете использовать гораздо больше, если вы способны их надёжно закрепить.

1. Три импульса за время одного оборота колеса, так как используется три магнита

1. Модель катушки с напряжением, предварительно записанным от реально существующей катушки
2. Основная схема их трёх красных ярких светодиодов и конденсатора на 4700 нФ
3. Резистор, используемый для измерения токов в симуляции

1. Зарядка конденсатора, исходное состояние 2.2 В
2. Ток светодиода 3
3. Напряжение катушки
4. Ток конденсатора

На осциллографе можно проследить за напряжением, генерируемом катушкой. Записанный сигнал можно импортировать в программу моделирования схем и попробовать смоделировать свой проект.

В симуляции у меня к сожалению не получилось добится постоянной проводимости у светодиода 3 несмотря на то, что на реальной схеме у меня это вышло. Возможно так случилось из-за отсуствия катушек индуктивности в модели катушки.

Обратите внимание, что схема не симметрична, так как генерируемая катушкой энергия сосредоточена на положительных значениях. Распределение энергии зависит от конструкции магнита и используемой катушки.

1. Исходная система с батарейками, которые уже не нужны
2. Крепление

Нам потребуется дешёвый задний светодиодный фонарь, в который будет установлена наша новую систему.

Схема передней фары с питанием от динамо-машины.

Схема передней фары полностью независима от первой части проекта. Она состоит их двух обмоток реле и передней фары.

1. Двойной переключатель питания со старого компьютера

1. Исходная схема
2. Собранная схема

Это схема питания пяти ярких светодиодов с помощью двух катушек. Они не вырабатывают энергию одновременно. Если их подключить последовательно, одна катушка будет поглощать часть энергии другой катушки. В данной схеме этого не происходит.

Чтобы мерцали все светодиоды, здесь специально не используются конденсаторы. Единственное место куда можно поставить конденсатор — это параллельно со светодиодом 3, поскольку на него никогда не поступает отрицательное напряжение. В итоге у вас будет один немерцающий светодиод и четыре мерцающих.

Сопротивление катушки должно быть в пределах 100 — 200 ом, но в моей схеме используется две катушки на 600 ом и у меня всё замечательно работает.

Схема для динамо машин

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.