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.

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.

Генератор электрического тока или динамо машина

Динамо-машина, или генератор электрического тока, — это устройство, которое преобразует в электрическую энергию другие состояния энергии: тепловую, механическую, химическую. До сегодняшнего дня остаются популярными велосипедные генераторы, питающие фары и задние фонари.

Принцип работы генератора электрического тока

Динамо-машина генерирует электрическую энергию благодаря принципу электромагнитной индукции. Обычно такое устройство конвертирует именно механические воздействия прямо в электрические импульсы. В его составе — ротор (открытая проволочная обмотка) и статор, в котором расположены полюса магнита. Ротор, не прекращая движения, все время вращается в силовом магнитном поле, что неизбежно приводит к возникновению тока в обмотке.
Схему своего устройства динамо-машина представляет следующую. Вращающийся проводник, или ротор, пересекает магнитное поле и в нем генерируется ток. Концы ротора подведены к кольцу (коллектор), через них и прижимные щётки ток перемещается в электрическую сеть.

Электрический ток в динамо-машине

Образующийся ток в проводнике будет иметь наибольшее значение при условии, если ротор располагается перпендикулярно магнитным линям. Чем больше поворот проводника, тем сила тока будет меньше. И наоборот. То есть, процесс вращения проводника в магнитном поле вынуждает генерируемый электрический ток менять направление за один оборот ротора два раза. Благодаря этому свойству такой род тока стали называть переменным.
Динамо-машина для выработки постоянного тока построена на таком же принципе, как и для переменного тока. Разницу можно заметить лишь в деталях, когда концы металлического провода закрепляют не к кольцам, а подсоединяют к полукольцам. Такие полукольца обязательно изолируются между собой, что при вращении проводника делает возможным контактировать со щёткой переменно то одно полукольцо, то другое. Значит, в щётки вырабатываемый ток будет поступать исключительно в одном направлении, одним словом — ток будет постоянным.

Динамо-машина своими руками собирается быстро. Основанием для будущего генератора будет служить деревянная доска толщиной около 30 мм и площадью 150 на 200 мм. Двумя шурупами на неё крепится корпус так, чтобы электромагниты располагались по горизонтали, один против другого. Затем, сквозь прикреплённый к корпусу подшипник продевается ось якоря, который закрепляется на своём месте между электромагнитами. С внутренней стороны подшипниковой стойки продевают щётки, вставляют второй конец оси якоря. На этом конце закрепляют коллектор.
Перед прикреплением подшипниковой стойки к основанию, якорь нужно выровнять таким образом, чтобы его вращение между электромагнитами не задевало их. Щётки должны располагаться поперёк башмаков электромагнитов и закрепляться на подшипнике. На свободном конце ротора прикрепляется небольшой шкив.
Электромонтаж устройства заключается в соединении концов обмоток для электромагнитов со щётками. Также к ним соединяют отрезки гибкого провода для сообщения устройства с внешней цепью.

Генератор и велосипед

Свою мощность динамо-машина для велосипеда демонстрирует в зависимости от скорости вращения. Например, недостаточно быстрое вращение или остановка велосипеда прекращает питать фонарь или иное устройство. Но при высокой скорости лампочки способны перегореть раньше срока выработки ресурса.
Различают несколько разновидностей велосипедных электрических генераторов:
Втулочный тип встраивается во втулку колеса. Конструктивно состоит из статичного сердечника на оси и обращающегося многополюсного магнита в форме кольца. Их стоимость больше, она компенсируется бесшумной работой и эффективностью.
Бутылочный тип наиболее популярный. Схожее с формой бутылки устройство оснащено небольшим колёсиком, что приводится в движение посредством трения о боковину резиновой покрышки колеса.
Кареточный генератор устанавливается рядом с кареточным стаканом, ниже перьев рамы. Движение подпружиненного ролика осуществляется благодаря трению о протектор покрышки. Следует упомянуть, что кареточная и бутылочная динамо машина перестают работать, попадая в мокрые условия.