Динамо машина как работает: принцип работы генератора постоянного тока, особенности устройства, роль якоря и коллектора

Содержание

Кто изобрел динамо машину

Дина́мо-маши́на или дина́мо (иногда в просторечии «динамка»)— устаревшее название генератора постоянного тока.

Динамо-машина была первым электрическим генератором, который стал применяться в промышленности. В дальнейшем её вытеснили генераторы переменного тока, так как переменный ток поддаётся трансформированию.

В наше время термин динамо используется в основном для обозначения небольшого велосипедного генератора [1] , 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.

Содержание

Описание [ править | править код ]

Динамо-машина состоит из катушки с проводом, 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, использовали щёточно-коллекторный узел для того, чтобы инвертировать изменяющуюся полярность (получить постоянный ток на выходе). В результате получался пульсирующий ток постоянной полярности.

История [ править | править код ]

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

Динамо-машина – это генератор постоянного тока, который вырабатывает электрическое напряжение в результате вращения специального приводного механизма. Такое устройство широко применялось до появления генераторов переменного тока. Сейчас динамо-машины встречаются значительно реже. Их в основном используют для питания осветительного оборудования на велосипедах, а также как часть конструкции некоторых видов ручных фонариков, радиоприемников, а также портативных зарядных устройств для мобильных телефонов, MP3 плееров и планшетов.

Как работает динамо-машина

Устройство состоит из катушки индуктивности, которая при вращении в магнитном поле вырабатывает электрическую энергию. Получаемый ток может передаваться оборудованию напрямую или заряжать аккумуляторную батарею, которая уже в дальнейшем будет питать потребителей. Принцип работы машины объясняется физическим законом Фарадея. Эффективность устройства напрямую зависит от скорости вращения катушки. Чем она выше, тем большее напряжение и силу тока можно получить.

Для подключения к простейшей динамо-машине можно использовать только такое оборудование, которое нормально переносит резкие скачки параметров напряжения. В первую очередь это светодиодные лампы. Для питания более чувствительного оборудования в конструкции предусматривается специальный контроллер, который предотвращает передачу критического заряда, способного навредить. Особенно это важно, если машина предназначена для подзарядки мобильного телефона.

Динамо машины для велосипедов

Самым эффективным и функциональным решением использования генератора постоянного тока (велогенератор) является его установка на велосипед. Такая динамо-машина позволяет получать электричество во время движения, поскольку подключается к переднему или заднему колесу. В ночное время без дополнительных усилий можно освещать дорогу впереди. Это повышает комфорт и безопасность движения. Кроме переднего фонаря генератор может питать и заднюю подсветку.

У таких динамо-машин может иметься встроенная батарея, которая сначала накапливает электричество, а уже потом передает его потребителям. Это исключает пульсацию света. Если аккумулятора нет, то яркость зависит только от скорости вращения колеса. При езде под гору, когда велосипед сильно замедляется, свет становится очень тусклым и практический не позволяет просматривать дорогу впереди. Современные велосипедные генераторы в основном выдают напряжение 6В. Это обусловлено тем, что они питают светодиоды, для которых этого вполне достаточно. Старые динамо-машины, известные велосипедистам советских времен, создавали напряжение 12В. Это было вызвано тем, что они питали обыкновенные лампы накаливания, которые встречаются на мотоциклах или автомобилях.

Для велосипедов применяются различные конструкции динамо-машин. Среди самых популярных разновидностей можно отметить:
  • Бутылочная.
  • Втулочная.
  • Цепная.
  • Бесконтактная.
Бутылочные

Такая динамо-машина получила свое название в связи со своей схожестью по форме с обыкновенной стеклянной бутылкой. В ее конструкции предусматривается специальное колесико, которое прикладывается к боковой стороне протектора колеса велосипеда. В результате трения оно поворачивается, что приводит к выработке электричества. Такой вариант весьма распространен в связи с простотой установки и невысокой стоимостью. Эта конструкция имеет откидной механизм, благодаря которому генератор можно при необходимости прикладывать к покрышке колеса или убирать в дневное время, когда свет не нужен.

Эта конструкция не лишена и недостатков. В первую очередь она очень шумная, а кроме этого ускоряет износ шины. При долгом пользовании на покрышке остается глубокая борозда истертая колесиком генератора. Также создается сопротивление движению оборотам велосипедного колеса, что снижает накат. В сырую погоду, когда шины мокрые, колесико динамо-машины проскальзывает, и эффективность выработки электричества снижается.

Втулочные

Такая динамо-машина монтируется в колесо. Это конструкция весьма удачна, поскольку практически не создает шума. Кроме того, она не останавливает вращение колес, что сохраняет набранную скорость езды. Втулочная машина имеет недостаток в виде большой стоимости, а также сложности установки. Не во всех велосипедах возможно провести монтаж миниатюрного генератора без необходимости сложных ухищрений и переделок.

Цепные

Цепные динамо-машины имеют внутри специальную звездочку, которая при контакте с цепью начинает вращать катушку генератора. Такая конструкция весьма хлипкая и если ее плохо зажать, то может отклониться и попасть в спицы, в результате повредив колесо и вызвав аварийную ситуацию. Положительным моментом таких динамо-машин является наличие USB-порта, что позволяет подзаряжать от него мобильный телефон.

Бесконтактные

Самой совершенной является бесконтактная динамо-машина. Она довольно дорогая. В ней нет трущихся элементов, поэтому генератор вообще не создает никакого звука. Зачастую в ней имеется встроенный аккумулятор, что позволяет накапливать энергию наперед, и сохранять хорошее освещение даже при медленном движении в гору. Такое устройство обычно фиксируется на оси переднего колеса. Для обеспечения его работы на спицы устанавливается ободок из магнитов, который вращается изменяя параметры магнитного поля воздействующего на катушку. Обычно ободок имеет 28 магнитов с разными полюсами. Благодаря тому, что в такой динамо-машине применяется индукционная катушка, то энергия вырабатывается даже при низкой скорости, всего в 15 км в час.

Фонарик с динамо-машиной

Весьма распространенными являются ручные фонарики с встроенным генератором постоянного тока. Чтобы получить свет необходимо вращать специальную откидную рукоятку, которая для удобства прячется в корпус. Такие устройства бывают двух видов. В одних имеется встроенный батарея, а вторые передают заряд напрямую на светодиоды. При использовании первых можно предварительно подзарядить аккумулятор и пользоваться им на протяжении определенного времени без применения физического воздействия на генератор. Такие устройства дают ровный не пульсирующий свет, но стоят немного дороже и имеют больший вес. Самыми простыми являются фонарики без АКБ, у которых динамо-машина сразу передает заряд на диоды. Такие устройства светятся только при вращении рукояти. Если снизить интенсивность оборотов, то яркость уменьшается. Кроме этого наблюдается постоянная пульсация свечения, что вызывает усталость глаз.

Фонарики создают много шума при работе генератора, поэтому при приближении человека, который пользуется таким устройством, об этом скорее узнают по звуку, чем свечению слабенького светодиода. Для работы динамо-машины кроме вращения рукояти может предусматриваться специальный рычаг, который необходимо нажимать и отпускать, как спортивный эспандер для кисти. Это менее эффективная конструкция, но позволяет получать свет используя одну руку.

Радиоприемник с динамо-машиной

На рынке можно встретить радио, которое оснащено рукояткой для выработки энергии. Чтобы немного послушать трансляцию радиостанции необходимо предварительно поработать динамо-машиной и зарядить тем самым встроенный аккумулятор. Стоит отметить, что это малоэффективное устройство, создающее много шума. Одновременно слушать музыку и вращать рукоятку не удастся, поскольку динамик не сможет перекричать скрежет генератора. Единственным положительным моментом радио является создание нагрузки на мышцы. Он больше выступает тренажером для рук, чем полноценным FM-приемником. По этой причине многие производители предусматривают возможность подзарядки встроенного в устройство аккумулятора от электрической сети. Иногда в корпусе может предусматриваться место для установки обыкновенных пальчиковых батареек типа АА.

Зарядное устройство для мобильных телефонов с динамо-машиной

Для любителей активного отдыха или жителей удаленных местностей, где наблюдаются проблемы с электроснабжением, полезным устройством будет зарядное устройство с встроенным генератором постоянного тока. Внешне оно представляет собой небольшую коробку с откидной рукояткой, которая при вращении вырабатывает электрический ток подходящих параметров для питания мобильного телефона или другого портативного устройства. Для этого в корпусе предусматривается USB порт, с помощью которого можно подключить зарядной кабель смартфона.

Обычно такие устройства имеют встроенную аккумуляторную батарею, что позволяет сначала накапливать заряд на нее, а уже потом передавать его на телефон, как с повербанка. Обычно динамо-машина способна вырабатывать на максимальных оборотах ручки около 600 мАч в час. Это довольно скромный показатель, поэтому рассчитывать на полноценную полную зарядку смартфоном не приходится. Потребуется непрерывная работа рукояткой часами, чтобы восполнить всю емкость батареи. Несмотря на это устройство сможет выручить в сложной ситуации, ведь для совершения срочного звонка, когда телефон полностью разряжен, достаточно потрудиться над динамо-машиной 5-6 минут.

Обычно производители монтируют на корпусе таких устройств солнечную батарею. Благодаря этому выставив динамо-зарядку на открытый участок, где на нее попадает дневной свет, можно понемногу восполнять зарядку встроенного аккумулятора без необходимости вращать ручку. К сожалению, небольшая площадь солнечной батареи выдает поток электричества примерно 40 мАч, что естественно очень мало. При решении приобрести подобное устройство необходимо учитывать, что она очень шумное, поэтому будет не лучшей альтернативой восполнить зарядку смартфона для рыбаков или охотников.

Изобретение динамо-машины

Осенью 1866 года Вернеру Сименсу исполнилось 50 лет. Приблизительно к этому времени относится его самое значительное изобретение – он разрабатывает принцип действия динамоэлектрической машины.

Этой проблемой Сименс интересовался издавна, со времени прокладки линий в России. Уже тогда он хотел получать постоянный электрический ток и более высокое напряжение без применения гальванических батарей, только механическими способами. В 1856 году, сконструировав двойное Т-образное якорное устройство, он открыл принцип устройства приборов, обеспечивающих производство постоянного тока. Практически эта мысль впервые воплотилась несколько позже – в магнитных стрелочных телеграфных аппаратах, поставленных фирмой Сименса для государственной Баварской железной дороги, а также в других приборах, например, в сигнальных индукторах для железной дороги, позднее – в телефонных аппаратах и запальных взрывателях.

Осенью 1866 года Сименс снова стал интенсивно заниматься этой проблемой. Он построил индуктор, в котором при движении Т-образного двойного якоря между полюсным наконечником и электромагнитом из мягкого железа оставался небольшой зазор. Электроток, полученный во вращающемся якоре, он применял для возбуждения магнитного поля, образовав таким образом замкнутую цепь из обмотки якоря, обмотки возбудителя и внешним участком цепи. Для взаимного усиления тока в якоре и магнитного поля вполне хватало остаточного магнетизма.

И хотя многие изобретатели, например, датчанин Сорен Йорт, венгр Аньош Йедлик, англичанин Альфред Варли и Чарльз Уитстон работали над этой проблемой независимо друг от друга, в одно и то же время или опережая друг друга, в пользу Сименса говорит то, что ему первому стало совершенно очевидным значение открытия динамоэлектрического принципа, или принципа самовозбуждения. Он убедительно изложил свои научные выводы, непосредственно связанные с этим открытием, в докладе, зачитанном профессором Густавом Магнусом 17 января 1867 года в Берлинской Академии наук, который закончил его следующими словами: “В настоящее время техника получила возможность вырабатывать электрический ток любой силы дешевым и удобным способом везде, где есть свободная механическая энергия. Этот факт будет иметь большое значение для многих областей техники”.

Если первоначальной целью Сименса было получение более высокого напряжения для передачи сообщений, то с изобретением динамо-машины появился источник энергии, обеспечивавший гораздо большую силу тока, которую можно было использовать для освещения и привода механизмов. Понимая это, Сименс должен был последовательно и интенсивно заниматься разработкой практического использования сильноточной техники.

Интересно проследить за тем, как открытая в 1831 году Фарадеем индукция, стала физической основой сильноточной техники. Пиксии, Якоби, Давенпорт, Вагнер и многие другие десятилетиями пытались сконструировать машины, работающие на этом принципе. Но только Сименсу удалось на основе открытого им принципа самовозбуждения обосновать экономически возможность применения техники сильных токов.

Решить задачу поддержания молодой развивающейся техники сильных токов физическими и математическими расчетами удалось англичанам Максвеллу и Гопкинсу.

После 1866 года прошло много времени – целых 12 лет, – прежде чем динамо-машина была построена и внедрена в практику. В эти годы были разработаны не только теоретические основы этого открытия, но пройден первый, самый трудный период становления; повсеместно начали проводиться практические работы, создавшие основу для значительных конструктивных усовершенствований созданного аппарата.

Сначала производство динамо-машин не было прибыльным, а чтобы оно могло “дозреть” и начать развиваться, фирма должна была зарабатывать необходимые деньги в ставших для нее уже традиционными областях: в строительстве телеграфных линий, изготовлении и укладке морского кабеля, а после 1870 года в новой развивающейся отрасли – сигнализации на железнодорожном транспорте.

4M Динамо машина 4M — «Зеленая» энергия — Наука и Эксперименты, 790 руб

Безопасный электрогенератор, преобразующий механическое вращение рукоятки в электричество. Никаких батарей, загрязняющих среду! Только «зеленые» технологии! Покрутите рукоятку – и лампочка загорится. Невероятно!

Электроэнергия – неотъемлемая часть нашей жизни. Без него не включается компьютер, не загорается лампочка и не работает холодильник. Узнайте самый простой и экологически безопасный способ получения электричества c помощью набора «Динамо-машина» от 4М.

Наверняка вам известно, что традиционные источники электроэнергии причиняют огромный вред нашей природе. Большую опасность несут отработанные батарейки, в которых содержаться токсические вещества. Давайте позаботимся о нашей планете и отдадим предпочтение «зеленой» энергетике. Это наше будущее, в которое можно шагнуть уже сегодня!

Необычный генератор можно использовать в любых условиях. Он никогда не разрядится и не подведет вас. Незаменим в путешествии и во время отключения электроэнергии.

В комплекте:

  • Детали динамо-машины;
  • Светодиодная лампа на подставке;
  • Мотор, 2 шестеренки;
  • Прозрачный колпак, Винты;
  • Инструкция на русском языке.
Какие качества развивает набор?
В процессе сборки и испытания динамо-машины ребенок окажется в роли настоящего инженера. Первое знакомство с простейшим генератором вызовет у юного ученого неописуемый восторг и подстегнет интерес к естественным наукам. Набор наглядно продемонстрирует всю силу знаний, накопленных человечеством, расширит кругозор и разовьет интеллектуальные способности. А также научит заботиться об окружающей среде.

Как работает динамо-машина?
В моторе вашей динамо-машины размещена индуктивная катушка, которая представляет собой провода, намотанные вокруг оси. На корпусе мотора изнутри размещены 2 магнита. Когда вы поворачиваете рукоятку, ось катушки начинает вращаться. Это приводит к появлению электромагнитной индукции и возникновению электрического тока. Благодаря току лампочка и загорается.

Ваша динамо-машина имеет специальный колпак с резьбой, с помощью которой к генератору можно подсоединить пластиковую бутылку и тем самым уберечь нашу планету от излишнего загрязнения. Создав что-то полезное и интересное хотя бы из одной пластиковой бутылки, вы сделаете Землю чище. Кроме того, бутылку можно разрисовать и украсить наклейками и таким образом продемонстрировать свои творческие таланты.

Меры предосторожности
Набор содержит мелкие детали и не предназначен для детей младше 3 лет. Работа с конструктором должна проходит под надзором взрослых. Не подключайте генератор к сети или батарейкам, это спровоцирует короткое замыкание или удар тока.

Набор входит в серию «4M Green Science«. В 2018г институт «Международный дизайнерский форум» (Германия) отметил её наградой iF Design Award. Серия Green Science была выбрана как лучшая инновационная концепция, повышающая экологическую грамотность детей и чувство социальной ответственности. С момента запуска в 2007 году серия 4M Green Science выиграла крупнейшие международные награды, в том числе: Red Dot Design Award (Германия), A’ Design Gold Award (Италия), China Good Design, DFA Design for Asia Awards Hong Kong Awards for Industries.

Динамо-машина для зарядки телефона — что это и как работает? | AndroidLime

Многие мобильные телефоны быстро разряжаются. Такая проблема особенно актуальна для путешественников или любителей активного отдыха, рядом с которыми нет розетки.

Производители предлагают повербанки для походных условий, но портативные аккумуляторы не спасают при длительных поездках. Именно поэтому одним из необычных вариантов станет приобретение динамо-машины для зарядки телефона.

Как выглядит динамо-машина?

Чаще всего динамо-машина представляет собой небольшое пластиковое устройство с вращающейся ручкой. Альтернативным вариантом конструкции является рычаг, который нужно постоянно нажимать. Пользователи утверждают, что вторая разновидность значительно удобнее, поскольку не вызывает усталости при длительном использовании. Однако предпочтения могут быть индивидуальными.

Некоторые динамо-машины для зарядки мобильных телефонов обладают дополнительными возможностями. Например, производители устанавливают перезаряжаемый элемент питания. Также встречаются устройства со встроенными светодиодами, предназначенными для освещения пространства. Они способны использоваться в качестве фонаря.

Правда ли работает?

Динамо-машина преобразовывает механическую энергию. Когда пользователь вращает ручку или нажимает рычаг, вырабатывается электричество для зарядки аккумулятора. Чтобы телефон зарядился полностью, придется приложить значительные физические усилия. Но многие покупатели преследуют другую цель — набрать небольшое количество заряда, чтобы совершить важный звонок или проверить местоположение с помощью навигационной программы.

Возможная опасность

Специалисты утверждают, что портативные динамо-машины полностью безопасны для человека. Они вырабатывают незначительное напряжение — около 5V, предназначенное для заряда аккумулятора телефона. Также негативные последствия не коснутся батареи. Современные мобильные устройства обладают системами защиты, предотвращающими неполадки аккумулятора при нестандартных видах зарядки.

Выводы

Динамо-машина способна послужить полезным аксессуаром для путешественников. Она позволяет зарядить смартфон, когда поблизости отсутствуют электрические розетки. Достаточно покрутить ручку несколько минут, чтобы сделать важный звонок или отправить сообщение.

Также несомненным преимуществом динамо-машины являются дополнительные функции. Некоторые производители оснащают устройство светодиодами, способными использоваться в качестве портативного источника света.

Источник: AndroidLime.ru

4M Динамо машина


 Для детей от 7 лет  

Необычные экологические источники энергии, безусловно, пробудят у детей интерес к науке! Наборы Green Scienceот бренда 4M демонстрируют основные принципы электротехники и механики через безопасные и веселые игровые наборы, а заодно помогаю сделать нашу любимую планету чуточку чище!

Теперь, с помощью набора динамо машина, вы можете доступно объяснить и наглядно показать своим детям, как превратить простой игрушечный мотор в генератор, который превращает силу, передаваемую движением руки, в электрическую энергию и заставляет лампочку светиться. Никаких батарей, никакого загрязнения, только удивление. Генератор можно использовать в качестве аварийного осветительного прибора.

Каждый день выбрасываются миллионы использованных батарей. Они содержат токсичные и опасные для окружающей среды материалы. Ваша динамо машина — уникальный осветительный прибор, использующий чистую энергию. Для него не требуется батарей и он может быть использован в любое время и в любом месте. Это идеальный образец на научной выставке и прекрасный способ показать другим, как вырабатывается электричество.

На каждой упаковке, кроме подробного описания набора на русском языке, вы также обнаружите приятный сюрприз — интересные, познавательные факты и научные материалы, так что ваш ребенок с головой погрузится в интереснейший мир физики и химии, получив в подарок такой набор!

 

 

В состав набора входят:

  • 1 светодиодная лампа на подставке 
  • 1 игрушечный мотор
  • 2 шестеренки
  • 1 комплект деталей динамо машины 
  • 1 прозрачный колпак
  • винты
  • детальная инструкция на русском языке

 

Как это работает?

В игрушечном моторе из этого конструктора провода обвернуты вокруг центральной оси в виде катушки. На внутренней стенке корпуса мотора находится два магнита. При повороте рукоятки центральная ось начинает вращается, что вызывает образование электрического тока и заставляет светодиод светиться. Это явление называется электромагнитной индукцией и является основой работы генератора!

Каждый день во всем мире выбрасываются миллионы пластиковых бутылок. Требуется очень много времени, чтобы пластиковые материалы начали разлагаться, это вызвало серьезные проблемы для окружающей среды. Помогите уберечь нашу планету, создав хотя бы из одной из таких бутылок что-нибудь интересное. К Вашей динамо машине прилагается специально сконструированный завинчивающийся колпак с резьбой, как у большинства пластиковых бутылок. Просто снимите оригинальный прозрачный колпак. Прикрутите пластиковую бутылку к Вашей динамо машине. Супер колпак для динамо машины готов! Вы можете украсить бутылку по собственному дизайну.

 

 


Цель компании 4M – всестороннее развитие детских творческих способностей и воображения!

С 1993 года компания 4M  занимается производством  творческих игр  и наборов, предназначенных специально для самых любознательных детей.  Команда дизайнеров из Гонконга  разрабатывает инновационные  продукты, которые стимулируют интерес детей к окружающему миру. Компания стремится экспериментировать, совершать  захватывающие открытия  при этом заботясь об абсолютной безопасности продукта. 4M вдохновляет детей в их самых смелых мечтах!

Устройство для генерирования электрического тока бесконтактным способом, в частности велосипедная динамо-машина, осветительная система транспортного средства и велосипед

Область техники, к которой относится предлагаемое изобретение

Предлагаемое изобретение относится к устройству для генерирования электрического тока (генераторное устройство) бесконтактным способом, в частности к велосипедной динамо-машине, которое работает с вращающимся реагирующим элементом, в качестве какового может служить, например, обод колеса, и имеет по меньшей мере один установленный подвижным образом роторный элемент, содержащий по меньшей мере один магнит и по меньшей мере одну обмотку, при этом обеспечивается возможность индуцирования электрического тока по меньшей мере в одной группе витков упомянутой обмотки под действием упомянутого магнита при движении последнего вместе с упомянутым роторным элементом, при этом упомянутый электрический ток может быть использован для обеспечения работы потребителя, при этом упомянутый роторный элемент выполнен с возможностью движения при магнитном взаимодействии с упомянутым реагирующим элементом, при этом предлагаемое устройство характеризуется тем, что упомянутые роторный элемент и реагирующий элемент имеют разные направления осевых линий, т.е. разные осевые линии, и роторный элемент выполнен с возможностью, в рабочем положении, генерирования по меньшей мере одного магнитного поля, причиной которого являются вихревые токи в реагирующем элементе, который является электропроводным и образует непрерывный круговой контур, так что в условиях непрерывного перемещения реагирующего элемента и роторного элемента по отношению друг к другу в реагирующем элементе индуцируются вихревые токи, которые непрерывно противодействуют друг другу и порождают противоположно направленные магнитные поля, так что под действием образующегося таким образом магнитно-вихретокового взаимодействия для роторного элемента обеспечивается возможность движения при движении реагирующего элемента. Кроме того, предлагаемое изобретение относится к созданной на основе такого устройства осветительной системе транспортного средства и к велосипеду, оборудованному таким устройством.

Предпосылки создания предлагаемого изобретения

Известны велосипедные динамо-машины различных типов, обеспечивающих выработку электрического тока для велосипедных фар.

Для этого могут использоваться, например, боковые динамо-машины или катковые динамо-машины, у которых фрикционное колесико прокатывается по боковой планке и/или по несущей поверхности шины.

Недостатками таких динамо-машин являются их низкий к.п.д. и значительный тормозящий эффект, обусловленный необходимостью большого контактного давления у шины, а также зависимость от погодных факторов, таких как слякоть, сырость и снег. Кроме того, они издают беспокоящий шум.

Известны также другие типы велосипедных динамо-машин, в частности ступичные динамо-машины.

Ступичные динамо-машины непосредственно встроены в ступицу колеса и обычно снабжены зубчатой передачей. Такие динамо-машины не зависят от погодных факторов и обеспечивают достаточную электрическую мощность, однако им присущ тот недостаток, что они имеют большую массу, что является обстоятельством, исключающим их использование, в частности, в спортивных велосипедах, кроме того, их совершенствование невозможно без существенных расходов, связанных с заменой ступицы колеса.

Ставшие классическими велосипедные динамо-машины, вырабатывающие электричество бесконтактным способом, требуют дополнительных магнитов или магнитных колец, которые установлены на спицах и индуцируют э.д.с. в неподвижно зафиксированных обмотках. Магниты пробегают около катушек без механического контакта с ними, поэтому такие бесконтактные устройства не создают шума и оказывают только незначительное тормозящее действие. Для достижения необходимой мощности требуется много дополнительных магнитов, которые вручную закрепляют на спицах, что, опять же, является обстоятельством, исключающим использование в спортивных велосипедах.

Кроме того, разработаны генераторы, в которых приводится в движение один или большее количество магнитов, заключенных в некотором компоненте конструкции, который прикреплен к раме или вилке колеса велосипеда, при этом на ободе колеса или на спицах установлены магниты или металлические элементы, обеспечивающие непосредственное магнитное взаимодействие с упомянутым компонентом конструкции при прохождении около последнего.

Магниты, которые приводятся в движение в упомянутом сплошном компоненте конструкции, индуцируют электрический ток в прилегающей обмотке. Однако всем этим устройствам присущ недостаток, состоящий в необходимости установки дополнительных магнитных или металлических компонентов на колесе велосипеда (см., например, публикацию WO 2001/033700 A1).

Цель предлагаемого изобретения

Целью предлагаемого изобретения является создание устройства для генерирования электричества бесконтактным способом, в частности велосипедных динамо-машин, которые были бы простыми в изготовлении и недорогими, а также не требовали бы дополнительных магнитов или металлических компонентов, устанавливаемых в колесе или на колесе.

Эта цель достигается созданием объекта, заявляемого в независимом пункте 1 формулы изобретения, и объектов, заявляемых в независимых пунктах 12 и 17 формулы изобретения. Варианты предлагаемого изобретения, обеспечивающие дополнительные преимущества, заявляются в зависимых пунктах формулы изобретения. Варианты осуществления предлагаемого изобретения иллюстрируются в прилагаемых графических материалах.

Краткое описание предлагаемого изобретения

Предлагаемое изобретение характеризуется тем, что роторный элемент и реагирующий элемент имеют разные осевые линии, и в рабочем состоянии роторный элемент обеспечивает возможность генерирования по меньшей мере одного магнитного поля, причиной возникновения которого являются вихревые токи в реагирующем элементе, который является электропроводным и образует непрерывный круговой контур, так что в условиях непрерывного перемещения реагирующего элемента и роторного элемента по отношению друг к другу в реагирующем элементе индуцируются вихревые токи, которые непрерывно противодействуют друг другу и порождают противоположно направленные магнитные поля, так что под действием образующегося таким образом магнитного взаимодействия для роторного элемента обеспечивается возможность движения вместе с реагирующим элементом.

Поэтому предлагаемое изобретение содержит только один электропроводный реагирующий элемент, в частности колесный обод в качестве одного колеса пары (магнитной «шестерни»), который подвергается кратковременному намагничиванию и имеет магнитную связь с роторным элементом, содержащим постоянный магнит или электромагнит. При таком решении в рабочем положении должно быть обеспечено расстояние между работающими в качестве магнитных «шестерен» роторным элементом и реагирующим элементом настолько малое, чтобы магнитное поле магнита роторного элемента индуцировало в реагирующем элементе (который выполнен, например, в виде металлического колеса) при его вращении достаточно большие вихревые токи.

При использовании магнитов, описываемых ниже, упомянутое расстояние может легко поддерживаться на уровне более 4 мм.

Вихревые токи, индуцируемые в реагирующем элементе, если для его изготовления выбран парамагнитный материал, создают временные магнитные поля, требуемые для магнитного взаимодействия между реагирующим элементом и роторным элементом.

Во всякое время индуцированные вихревые токи создают местный нагрев в материале реагирующего элемента, что приводит к некоторому нагреванию реагирующего элемента, однако это нагревание пренебрежимо мало, так как реагирующий элемент охлаждается при вращении.

Тепловые потери, имеющие место по причине вихревых токов, принимаются в расчет, но преимущества бесконтактной передачи энергии при магнитном взаимодействии элементов более значимы, чем эти потери (альтернативой же является трудоемкое переоборудование магнитной или другой системы).

Генераторное устройство согласно предлагаемому изобретению работает без механического контакта между взаимодействующими элементами и поэтому является бесшумным. Для магнитной связи не является проблемой снег, лед, грязь или дождь в отличие от взаимодействия через трение.

При этом легко обеспечивается возможность размещения роторного элемента внутри корпуса, так что исключается влияние на генерирование электричества таких факторов, как снег, слякоть и т.п.

Представляется предпочтительным такое решение, при котором роторный элемент снабжен совокупностью магнитов, в частности по меньшей мере шестью магнитами.

Представляется предпочтительным такое решение, при котором магнитные поля, генерируемые совокупностью магнитов роторного элемента, которые в некоторой мере взаимодействуют с магнитными полями, причиной которых являются вихревые токи в реагирующем элементе, расположены вокруг роторного элемента симметрично по окружности.

Роторный элемент может быть установлен, например, с возможностью вращения с преодолением сопротивления накопителя энергии. В этой связи регулярная структура магнитных полей роторного элемента полезна с точки зрения оптимального генерирования электричества. Представляется предпочтительным такое решение, при котором роторный элемент установлен с возможностью вращения на валу, при этом магниты относительно оси вращения ориентированы с точки зрения расположения их северного и южного полюсов радиально. В частности, направления полюсной ориентации магнитов, которые расположены перпендикулярно оси вращения, должны быть идентичными. Это особенно предпочтительно для некоторых значений количества магнитов, а именно когда их количество получено умножением нечетного числа на два (это, например, числа 6, 10, 14, … и т.д., то есть числа вида 2+n×4, где n=1, 2, 3, …).

Силовые линии магнитного поля, создаваемого магнитом, ближайшим к реагирующему элементу (в частности, к ободу велосипедного колеса), в рабочем состоянии проникают в реагирующий элемент и индуцируют в последнем вихревые токи.

Эти вихревые токи, в свою очередь, порождают магнитные поля. Магнитное поле, ориентированное в направлении вращения колеса, притягивает магнит, так что на последний действует сила в направлении вращения реагирующего элемента, что приводит к вращению роторного элемента, вокруг которого образовано как бы магнитное кольцо.

Благоприятные условия создаются в том случае, когда соседние магниты, установленные на роторном элементе, имеют противоположную полюсную ориентацию, эффект от такого решения является усиленным благодаря тому, что индуцирующие магнитные поля вихревые токи имеют противоположную поляризацию.

Результатом такого решения является дополнительное отталкивание предшествующего (относительно направления вращения колесного обода) магнитного поля, так что колесный обод и магнитный роторный элемент оказываются связанными подобно шестерням некоторой передачи, возникающей на основе вихревых токов (так сказать магнитно-вихретоковая передача).

В рассматриваемом случае по меньшей мере один магнит, а в частности все магниты, роторного элемента выполнен таким образом, что в качестве реагирующего элемента может быть использован обод велосипедного колеса, который, по меньшей мере в существенной степени, состоит из алюминия, стали или из электропроводной пластмассы. Такое колесо, обеспечивающее непрерывный круговой контур и сконструированное как единый узел, уже имеется у ряда велосипедов, так что генераторное устройство согласно предлагаемому изобретению может использоваться как модернизированная велосипедная динамо-машина. Предлагаемое генераторное устройство имеет надлежащие контакты для соединения с проводами обмотки.

Представляется предпочтительным такое решение, при котором в предлагаемом генераторном устройстве используются постоянные магниты из неодима, обеспечивающие величину напряженности магнитного поля в диапазоне от 750 кА/м до 1100 кА/м, особенно в диапазоне от 850 кА/м до 1000 кА/м. Это достаточно сильные магниты при малых размерах. Например, плоские малогабаритные магниты в форме прямоугольного параллелепипеда с размерами по кромкам меньше 2 см могут быть размещены на шестигранной металлической несущей конструкции, так что роторный элемент оказывается снабженным шестью магнитами. С обеспечением преимущества могут быть использованы постоянные магниты из неодима с размерами по кромкам 20 мм×10 мм×5 мм. Для создания порождаемых вихревыми токами магнитных полей и, следовательно, электрического напряжения и/или тока в замкнутом контуре при движении алюминиевого колеса такое магнитное колесо роторного элемента может быть размещено близко к борту обода (например, на расстоянии в диапазоне от 4 мм до 10 мм). Для этого предлагаемое генераторное устройство снабжено надлежащими крепежными элементами.

Согласно предлагаемому изобретению на магнитное колесо, то есть на роторный элемент, при движении велосипедного колеса непрерывно действует крутящий момент в отличие от известных генераторных устройств такого типа, в которых используются дополнительно установленные на велосипедном колесе дискретным образом металлические элементы или магниты, обеспечивающие за счет магнитного притяжения крутящий момент прерывистого характера. В дополнение к более простой конструкции предлагаемое генераторное устройство обеспечивает значительно более высокие значения крутящего момента, достигаемого за счет соответствующей большей токовой отдачи при использовании существующих колесных ободов в качестве реагирующего элемента.

Например, мощность 3 Вт может быть достигнута при использовании установленных по обе стороны обода двух колец из постоянных магнитов, которые представляют собой кольца из постоянных магнитов из неодима, образованные шестью описанными выше магнитами и обеспечивающие удельную энергопроизводительность 306 кДж/м3 при толщине 5 мм (габаритные размеры 20 мм×10 мм×5 мм) при использовании алюминиевого колесного обода при движении со скоростью 20 км/час. Скорость вращения магнитного кольца является величиной, производной от скорости вращения колеса и отношения периферии колесного обода к «виртуальному» периметру роторного элемента, которая зависит от расстояния от оси его вращения до обода. Скорость вращения роторного элемента может быть дополнительно уменьшена как реакция на проскальзывание, которое зависит от напряженности магнитного поля, расстояния до колеса и скорости вращения последнего.

Порождение магнитных полей вихревыми токами особенно усиливается, когда магниты роторного элемента по меньшей мере частично, и это представляется предпочтительным решением, располагаются на внешней стороне несущей конструкции, которая является, например, металлической, находятся на расстоянии друг от друга и равномерно распределены по периферии упомянутой несущей конструкции.

Генераторное устройство согласно одному из вариантов осуществления предлагаемого изобретения может быть снабжено образуемой группой витков обмоткой, которая является частью генератора, приводимого в работу роторным элементом. При этом роторный элемент приводит в движение вал, на котором установлены некоторые его магниты, и этот вал, в свою очередь, оснащен магнитом для генерирования электрического тока в генераторе обычного типа.

Однако согласно одному из обеспечивающих особые преимущества вариантов осуществления предлагаемого изобретения имеется обмотка, витки которой полностью охватывают роторный элемент, и в частности, обмотка и роторный элемент заключены внутри одного вместилища. При таком решении генераторное устройство имеет простую конструкцию, оно более компактно и имеет более высокую эффективность, чем известные динамо-машины, благодаря более низким потерям в подшипниках. В частности, обмотка может быть образована единым проводником, хотя возможны и другие решения относительно обмотки. В частности, части проводника могут быть реализованы как две группы витков обмотки, расположенные под углом друг к другу, при этом обе они охватывают роторный элемент.

Простое и эффективное решение обмотки обеспечивается при ее угловом прохождении на 360 градусов в плоскости, которая по существу параллельна оси вращения роторного элемента. При таком решении предлагаемое генераторное устройство имеет относительно малые размеры и может быть расположено близко к реагирующему элементу, при этом как упомянутая ось вращения, так и плоскость витков обмотки приблизительно параллельны плоскости, образуемой реагирующим элементом. Согласно одному из вариантов его осуществления предлагаемое генераторное устройство может содержать в своем составе электропроводную, круговую замкнутую часть колеса, принадлежащего транспортному средству другого типа, а не обод велосипедного колеса.

Согласно еще одному варианту осуществления предлагаемого изобретения генераторное устройство содержит накопитель электрической энергии, в качестве которого может использоваться, в частности, электрический конденсатор или электрический аккумулятор, при этом упомянутый накопитель выполнен с возможностью хранения электрической энергии в процессе работы предлагаемого генераторного устройства и с возможностью ее последующего расходования.

Проблема, о которой говорилось выше, решается также созданием осветительной системы транспортного средства, в частности осветительной системы велосипеда, которая содержит устройство для генерирования электрического тока, описанное выше, и по меньшей мере одно средство освещения, соединенное с обмоткой генераторного устройства. Эта осветительная система транспортного средства имеет преимущества, о которых говорилось выше или будет сказано ниже.

Предлагаемое генераторное устройство весьма компактно и энергетически эффективно, когда упомянутое по меньшей мере одно средство освещения расположено у корпуса генераторного устройства, в котором заключена обмотка, при этом подача электрической энергии к средству освещения может быть осуществлена через посредство коротких проводов, соответственно, с малыми потерями.

Средство освещения может быть непосредственно встроено в корпус или же оно может быть соединено с генераторным устройством с помощью несущей конструкции/монтажного средства по меньшей мере в одном из различных положений.

В частности, система в целом, которая содержит генераторную часть, проводку и источник света, может быть полностью помещена в корпус, благодаря такому решению она может быть сделана весьма нечувствительной к воздействиям извне.

Представляется предпочтительным такое решение, при котором осветительная система согласно предлагаемому изобретению снабжена двумя средствами освещения, при этом упомянутые средства освещения, содержащие, в частности, по меньшей мере один диод, находятся в отдельных электрических цепях с разными направлениями проводимости диодов, так что упомянутые электрические цепи попеременно снабжаются переменным электрическим током, который индуцируется в обмотке роторным элементом.

Переменный ток, который индуцируется роторным элементом в витках обмотки, используется для питания двух электрических цепей, которые разделены по направлению проводимости.

В одном из обеспечивающих особые преимущества вариантов осуществления предлагаемой осветительной системы диоды, используемые в качестве средств освещения, имеют противоположные направления проводимости.

Частота генерируемого переменного тока зависит от скорости вращения роторного элемента, которая, в свою очередь, зависит от передаточного отношения в магнитно-вихретоковой передаче, два колеса которой находятся во вращении. Преимущество обеспечивается при значении упомянутого передаточного отношения 1:40, которое обеспечивается в случае, когда окружность колеса составляет приблизительно 2 м, а окружность магнитного кольца составляет величину в диапазоне приблизительно от 6 см до 8 см, при этом обеспечивается генерирование переменного электрического тока, частота которого значительно выше, чем частота миганий, улавливаемых человеческим глазом (20 Гц).

В этом случае эффективный радиус роторного элемента получается путем сложения радиуса внешнего кругового пути, который описывается роторным элементом, с расстоянием/зазором между роторным элементом и реагирующим элементом. Преимущество обеспечивается при таком решении, при котором частота генерируемого переменного тока находится в диапазоне от 50 Гц до 150 Гц. Таким образом, под действием переменных магнитных полей вращающегося магнитного кольца/роторного элемента порождается переменное электрическое напряжение достаточной величины, которое подается для производства света. При таком решении обеспечивается недопущение дополнительных потерь, вызванных трением, как это имеет место при использовании низового генераторного узла.

Высокая эффективность обеспечивается, в частности, в случае четного количества магнитов, у которых направления север-юг (полярности) лежат на оси, которая перпендикулярна оси вращения реагирующего элемента.

Вместо использования переменного электрического тока в двух отдельных электрических цепях, разумеется, может быть использована единая электрическая цепь. Кроме того, осветительная система транспортного средства согласно предлагаемому изобретению или генераторное устройство согласно предлагаемому изобретению может иметь электрическую цепь с выпрямителем, при этом упомянутый выпрямитель находится за обмоткой и выпрямляет электрический ток, генерируемый в обмотке. Преимущество обеспечивается при таком решении, при котором осветительная система транспортного средства согласно предлагаемому изобретению снабжена также несущим узлом, с помощью которого обеспечивается регулирование расстояния между роторным элементом и реагирующим элементом. Представляется предпочтительным такое решение, при котором такое регулирование обеспечивается перемещением упомянутого несущего узла роторного элемента внутри наружного корпуса предлагаемой осветительной системы транспортного средства. Световая отдача этой осветительной системы может регулироваться путем изменения расстояния между роторным элементом и ободом колеса, приводящего к изменению величины индуцируемого электрического напряжения.

Указанная выше цель достигается также созданием велосипеда, снабженного осветительной системой, которая была описана выше и будет описана ниже, и имеющего колесный обод, который может быть использован в качестве реагирующего элемента.

Существует множество возможностей крепления предлагаемого генераторного устройства к велосипеду. В частности, предлагаемое устройство для генерирования электрического тока может быть расположено на вилке и/или на тормозе велосипеда, например, таким образом, что электрический ток, индуцируемый в обмотке, увеличивается при приближении роторного элемента к ободу колеса при торможении, что сопровождается увеличением световой отдачи. При уменьшении эффективного периметра роторного элемента ввиду его приближения к колесному ободу скорость вращения роторного элемента увеличивается в соответствии с изменением передаточного отношения, что приводит к дополнительному уменьшению проскальзывания между двумя вращающимися элементами, а именно между колесным ободом и роторным элементом, так что достигается повышение общей мощности и, следовательно, светимости средств освещения. Таким образом, при использовании в качестве источника света красного тормозного огня на заднем колесе велосипеда согласно предлагаемому изобретению обеспечивается свечение этого тормозного огня при уменьшении скорости велосипеда.

Для этого генераторное устройство согласно предлагаемому изобретению может быть дополнительно прикреплено к тормозной накладке. В дополнение к непосредственному расположению на тормозной накладке или в качестве альтернативы такому расположению устройство для генерирования электрического тока согласно предлагаемому изобретению может быть размещено у тормозной колодки или внутри нее, и при таком решении ее расположение остается неизменным даже при замене тормозной колодки.

В частности, расположение предлагаемого генераторного устройства на тормозной колодке или внутри нее (по меньшей мере частично) обеспечивает преимущество с точки зрения эксплуатации осветительной системы при торможении. Таким образом, осветительная система велосипеда может включать в свой состав тормозную колодку, в которую уже встроены существенные части устройства для генерирования электрического тока согласно предлагаемому изобретению и которая может быть использована взамен тормозных колодок известных тормозных систем.

Возможно также такое решение, при котором устройство для генерирования электрического тока согласно предлагаемому изобретению прикреплено к опорной конструкции тормоза кантилеверного консольного типа или консольного тормоза с перпендикулярным подводом тросика к рычагам.

В общем связь реагирующего элемента с роторным элементом может быть достигнута установкой соответствующих роторных элементов на обеих сторонах колесного обода велосипеда согласно предлагаемому изобретению, и эти роторные элементы, в свою очередь, индуцируют электрический ток в соответствующих обмотках, будучи расположенными во взаимно усиливающем магнитоактивном положении. При этом наводимые в колесном ободе вихревые токи могут быть усилены использованием соответствующих магнитов, что также способствует улучшению магнитной связи в системе.

В предлагаемых изобретениях наводимые вихревые токи и возбуждаемые ими магнитные поля в колесном ободе возрастают по величине при повышении скорости вращения колеса, а при повышении скорости существенно уменьшается проскальзывание.

В частности, обеспечивается особое преимущество при таком решении, при котором элементы генераторного устройства закреплены на кронштейне обычной велосипедной вилки тормоза в виде подковы, так что два роторных элемента с эффектом взаимного усиления располагают на противоположных сторонах колесного обода, как описано выше. Подковообразная конфигурация обеспечивает прикрепление, устойчивое к динамическим нагрузкам, когда компоненты генераторного устройства могут крепиться жестко над ободом колеса.

В общем случае велосипед согласно предлагаемому изобретению может быть снабжен двумя системами освещения, и для заднего света могут использоваться менее сильные магниты и менее мощные лампочки.

Осветительная система согласно предлагаемому изобретению, обеспечивающая освещение в процессе торможения, может быть также снабжена устройствами для генерирования электрической энергии как у переднего, так и у заднего тормоза, которые электрически соединены друг с другом. При нажатии на тормоз, в отличие от постепенного набора скорости, имеет место резкое возрастание электрического тока, генерируемого генераторным устройством, этот усиленный ток передается в электрическую цепь питания заднего фонаря велосипеда. Для этой цели используются простые коммутационные компоненты, такие как компараторы и транзисторы.

Варианты осуществления предлагаемого изобретения, которые были описаны выше и будут описаны ниже, представляют собой усовершенствования известных генераторных устройств, таких как велосипедные динамо-машины, так как они обеспечивают возможность создания бесконтактных (и следовательно бесшумных), всепогодных, с малым трением (и следовательно энергетически эффективных) источников электрической энергии, не имеющих каких-либо компонентов, прикрепляемых к колесу.

Другие преимущества и признаки предлагаемого изобретения будут ясны из последующего его подробного описания со ссылками на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 в аксонометрии схематично показан частичный вид устройства для генерирования электрического тока согласно одному из вариантов осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг. 2 генераторное устройство, изображенное на фиг. 1, показано детально.

На фиг. 3 схематично показан частичный вид устройства для генерирования электрического тока согласно другому варианту осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг. 4 генераторное устройство, изображенное на фиг. 1, показано с большей детализацией.

На фиг. 5 схематично иллюстрируется базовая идея предлагаемого изобретения.

На фиг. 6 схематично показана осветительная система транспортного средства согласно предлагаемому изобретению.

На фиг. 7 показан велосипед согласно предлагаемому изобретению.

На фиг. 8 показана часть устройства для генерирования электрического тока согласно предлагаемому изобретению.

На фиг. 9 показана другая часть устройства для генерирования электрического тока согласно предлагаемому изобретению.

На фиг. 10 показан частичный вид другого генераторного устройства согласно предлагаемому изобретению.

Подробное описание предлагаемого изобретения

На разных прилагаемых чертежах сходные компоненты обозначаются одинаковыми ссылочными обозначениями. Некоторые технические признаки описываемых ниже вариантов осуществления предлагаемого изобретения могут приводить к развитию дальнейших вариантов его осуществления в сочетании с признаками вышеупомянутых вариантов.

Устройство для генерирования электрического тока согласно предлагаемому изобретению, изображенное на фиг. 1, содержит реагирующий элемент 1, который сопряжен с роторным элементом 2, который установлен с возможностью вращения. Для этого в качестве упомянутого реагирующего элемента 1 используется колесный обод, имеющий боковую поверхность 1.1, которая образует непрерывный круговой контур. Колесный обод, играющий роль реагирующего элемента 1, выполнен из электропроводного материала, например из алюминия. Упомянутый роторный элемент 2 содержит несущую конструкцию 2.1, на которой установлены магниты, которые распределены по ее периферии, как будет описано более подробно ниже. Упомянутая несущая конструкция 2.1 с установленными на ней магнитами установлена с возможностью вращения на валу 2а. При вращении реагирующего элемента 1, то есть колесного обода, в направлении, показанном стрелкой 4а, возникает вращательное движение роторного элемента 2, который снабжен магнитами 4b. Роторный элемент 2, который сейчас действует как шестерня магнитно-вихретоковой передачи, полностью защищен от действия окружающей среды, например от погодных факторов, с помощью коробки 6, в которую он помещен. При этом нечувствительные к погодным факторам подвижные компоненты генераторного устройства находятся в контакте с окружающей средой. Ось вращения упомянутого вала 2а перпендикулярна прямой линии, проходящей через вал 1а колесного обода.

Роторный элемент 2 находится в рабочем положении для генерирования вихревых токов, наводимых магнитными полями в реагирующем элементе 1. Обмотка и источник света, выполненный с возможностью получения питания электрическим током, индуцируемым в обмотке, на рассматриваемом чертеже не показаны.

На фиг. 2 представлен частичный вид генераторного устройства, изображенного на фиг. 1, при этом не показана коробка 6. Роторный элемент 2 отделен от боковой поверхности 1.1 реагирующего элемента 1 небольшим зазором 3.1. Северные полюсы 2b (на чертеже не заштрихованы) и южные полюсы 2с (на чертеже заштрихованы) магнитов 3 роторного элемента 2 чередуются по его периферии, так что при вращении велосипедного колеса в направлении, обозначенном стрелкой 4а, реагирующий элемент вызывает вращение снабженного магнитами роторного элемента 2 в направлении, обозначенном стрелкой 4b. Стрелкой 5 обозначено направление силовых линий магнитного поля того магнита 3, который в данный момент находится ближе всех к боковой поверхности 1.1 реагирующего элемента 1, то есть колесного обода.

В варианте осуществления предлагаемого изобретения, иллюстрируемом на фиг. 3, по периферии несущей конструкции 2.1 роторного элемента 2 расположено четное количество магнитов 3, которые находятся на расстоянии друг от друга. Магнитное поле, действующее непосредственно на боковую поверхность 1.1 реагирующего элемента 1, может быть сделано невозмущенным надлежащим подбором зазора между соседними магнитами 3.

На фиг. генераторное устройство, изображенное на фиг.1, показано с обмоткой 7. Витки обмотки 7 параллельны боковой поверхности 1.1 реагирующего элемента 1 (то есть колесного обода), в результате чего удается достичь компактности блока, расположенного сбоку от колесного обода. Кроме того, коробка 6 служит опорой для вала 2а.

На фиг. 5, где представлена схема, иллюстрирующая базовую идею предлагаемого изобретения, реагирующий элемент 1 показан в лежачем положении. Упомянутый реагирующий элемент 1, то есть колесный обод, совершает вращательное движение в направлении, обозначенном стрелкой V1. Роторный элемент 2 снабжен постоянными магнитами 3, полярность которых чередуется и которые пробегают по касательной около боковой поверхности 1.1 реагирующего элемента 1, будучи отделенными от нее воздушным зазором. Силовые линии магнитного поля 4а и 4b того магнита 3, который находится ближе всех к реагирующему элементу 1, проникают в реагирующий элемент 1 и наводят в нем вихревые токи 5а и 5b, которые, в свою очередь, порождают магнитные поля ба и 6b.

Магнитное поле 6а, которое по отношению к направлению вращения реагирующего элемента 1 (то есть колесного обода) расположено спереди, притягивает магнит 3, в то время как магнитное поле 6b, которое по отношению к направлению вращения реагирующего элемента 1 (то есть колесного обода) расположено сзади, отталкивает магнит 3, так что на этот магнит 3 действует сила в направлении, обозначенном стрелкой V2. Результатом этого является вращательное движение роторного элемента 2 в направлении, обозначенном стрелкой V3. Это вращательное движение усиливается благодаря тому, что соседние магниты имеют противоположные полярности, и на них тоже действуют силы отталкивания и притяжения, соответствующие направлению вращения.

На фиг. 6 иллюстрируется вариант осуществления генераторного устройства согласно предлагаемому изобретению, в котором использовано два роторных элемента 2 и 2.5, находящихся в магнитном взаимодействии. Два магнитных поля упомянутых роторных элементов 2 и 2.5 объединяются, так что расположенный между этими роторными элементами реагирующий элемент находится под действием усиленного магнитного поля, что позволяет сделать расстояние между этим реагирующим элементом (то есть колесным ободом) и каждым из роторных элементов 2 и 2.5 больше. В идеальном случае оси вращения обоих роторных элементов параллельны, и сами они имеют идентичную конструкцию, в частности у них один и тот же диаметр, одинаковые размеры магнитов, и количества этих магнитов у них тоже одинаковы. Электрический ток, который наводится в витках обмотки 7, используется для питания осветительного средства 10.

Как можно видеть на фиг. 7, два генераторных устройства расположены около реагирующего элемента 1 (то есть колесного обода) и обеспечивают электрическое питание лампочки 10 являющегося предметом предлагаемого изобретения велосипеда 11. Источник света расположен на скобе 15 на тормозном рычаге, а коробки 6, в каждой из которых заключены роторный элемент и обмотка, прикреплены к вилке 14.

На фиг. 8 представлен частичный вид оптимизированного роторного элемента. Несущая конструкция 2.1 этого роторного элемента имеет шестиугольную форму, и к каждой из ее шести наружных граней прикреплен магнит 3, которых, таким образом, всего шесть.

Упомянутые магниты 3, распределенные по периферии несущей конструкции 2.1, расположены отдельно друг от друга, так что их магнитные поля не накладываются друг на друга сколь-нибудь значительно. Магниты 3, расположенные на прямой, перпендикулярно пересекающей ось вращения, имеют одинаковую ориентацию своих магнитных полюсов (северный-южный), благодаря чему обеспечивается максимальная величина индуцируемого в обмотке электрического напряжения.

Минимальное расстояние между магнитами 3 и витками обмотки обычно составляет 0,5 мм. В обмотке с одной группой витков (см., например, фиг. 4), в которой 60 витков с диаметром медного провода 0,5 мм, общей длиной 6 м при скорости велосипеда 20 км/час генерируется электрический ток 0,4 А и напряжение 3 В. Это значит, что электрическая мощность составляет 1,2 Вт, сопровождающаяся мощностью торможения приблизительно 2 Вт. Мощность торможения почти пренебрежимо мала и существенно меньше, чем в известных устройствах. При этом предлагаемая система имеет намного более высокий энергетический выход. При использовании высокоэффективных светоизлучающих диодов мощность осветительной системы согласно предлагаемому изобретению обеспечивает световой поток более 140 люмен, что превышает минимальные требования правил дорожного движения Германии во много раз.

Напряженность магнитного поля, достаточная для получения светимости малогабаритного источника света, удовлетворяющей требованиям правил дорожного движения Германии, может быть обеспечена при использовании магнитов менее сильных, чем в описанном выше примере осуществления, то есть напряженность их магнитного поля может составлять величину в диапазоне от 860 кА/м до 950 кА/м. Когда сила сцепления составляет приблизительно 600 Г, а магниты имеют форму прямоугольного параллелепипеда с размерами 10 мм×10 мм×1 мм, при скорости велосипеда 20 км/час может быть достигнута величина электрического тока 0,1 А при напряжении 2 В, чего достаточно для излучения света, удовлетворяющего требованиям.

Для заднего огня требования еще ниже, и достаточно, например, магнитов с размерами 5 мм×4 мм×1 мм, которые обеспечивают силу сцепления 350 Г, а это в адекватной обмотке дает ток 0,5 А при напряжении 0,5 В. При этом положительный эффект может быть достигнут при тонкой обмотке (диаметром 0,2 мм или 0,3 мм), так как при увеличении внутреннего сопротивления обмотки может быть достигнуто более высокое напряжение.

Включение заднего или переднего света при торможении зависит, в частности, от передаточного отношения и проскальзывания в магнитно-вихретоковой передаче. Чем меньше роторный элемент, тем больше ускорение при изменении расстояния до колесного обода на определенную величину. Например, уменьшение упомянутого расстояния с 5 мм до 1 мм в случае, когда роторный элемент имеет радиус 4 мм, приводит к уменьшению эффективного радиуса роторного элемента с 9 мм до 5 мм, то есть длина эффективной окружности роторного элемента уменьшается с приблизительно 56 мм до приблизительно 31 мм. Это изменение расстояния сопровождается почти удвоением скорости вращения и увеличением генерируемого тока тоже приблизительно в два раза.

Однако для переднего фонаря при разумной величине радиуса роторного элемента, равной 15 мм, при уменьшении расстояния между роторным элементом и колесным ободом с 5 мм до 1 мм величина эффективного радиуса роторного элемента уменьшается с 20 мм до 16 мм. Таким образом, в этом случае относительное изменение при торможении явно меньше, меньше и разница в интенсивности свечения.

На фиг. 9 представлен общий вид предлагаемого генераторного устройства, на котором видна только коробка 6, внутри которой находится роторный элемент. Эта коробка 6 установлена на тормозной колодке 12, на которой закреплена также тормозная накладка 13. Как описано выше, такая осветительная система велосипеда согласно предлагаемому изобретению включается в работу при торможении.

На фиг. 10 иллюстрируется другой вариант технического решения, изображенного на фиг. 9, в котором части коробки 6 находятся в части тормозной колодки 12.












Необычные велоаксессуары, на которые собрали деньги на Kickstarter

Часть 1. Освещение и видимость на дороге

Как мы уже писали в одной статье, “лампочек мало не бывает” и чем лучше видно и слышно вас на дороге, тем безопасней будет поездка.

Посмотрите, какие проекты это тематики понравились участникам Kickstarter (а значит собрали необходимую сумму) и дошли до производства.

Magnic Light iC

Ссылка на Kickstarter: https://www.kickstarter.com/projects/dynamodirk/magnic-light-ic-intelligent-contactless-bicycle-dy

Создатель: Dirk Strothmann

Собрано: 231,788$

Сайт: https://www.magniclight.com

Стоимость: от 72$

Как утверждают создатели, это первый бесконтактный фонарь на базе динамо-машины. В чем преимущества и недостатки таких фонарей вы знаете: их не надо заряжать, но работают они только во время езды.

О том, как все это работает, ребята рассказывают на своем сайте в разделе Technology и во вступительном видео на Kickstarter.

Что интересно, компания успешно выстрелила на Kickstarter дважды: за два года до успеха Magnic Light iC они успешно собрали значительно меньшую сумму на производство компактной версии фонарей, где и опробовали бесконтактную технологию.


Innovative Safety Lights for Wheeled Commuters

Ссылка на Kickstarter: https://www.kickstarter.com/projects/tetragear/tetragear-innovative-safety-lights-for-wheeled-com/description

Создатель: TetraGear

Собрано: 73,627C$

Сайт: http://www.tetragear.com/

Стоимость: от 149.99C$

Компания TetraGear работает в сотрудничестве с людьми с ограниченными способностями и производит товары для всех. В мае 2016 года компания успешно собрала средства на производство товара и уже в октября этого же года планирует начать доставку продукции всем желающим.

Беспроводной магии в этих фонарях нет, зато есть яркий и заметный свет.

Работает от аккумуляторов.

Похожий подход к освещению велосипеда использован компание Nori Ligts и их подстветкой колес. Проекту хватило незначительной суммы в 16 тысяч долларов для старта производства.

А вот еще одному любопытному проекту не удалось собрать достаточно средств к указанной дате, поэтому проект не стартовал. Не исключено, что из-за пересечения с Nori Lights, хоть он и был запущен на 3 месяца позже.


FORTIFIED: Bike Lights That Last Forever

Ссылка на Kickstarter: https://www.kickstarter.com/projects/gotham/fortified-bike-lights-that-last-forever-we-promise/description

Создатель: Slava Menn

Собрано: 177,266$

Сайт: http://fortifiedbike.com/

Стоимость: 35$

Фонарь получился крепким и легким, защищенным от воды, супер яркий и, что важно, хорошо защищенным от похищения благодаря использованию винтов особого типа.

Фонари продаются как комплектом, так и по отдельности. Можно купить дополнительный аккумулятор.

В процессе работы над продуктом создатели пообщались с тысячей людей на тему идеального фонаря для велосипеда.

Помимо фонарей компания Fortified Bicycle производит весьма любопытные велосипеды у кучу других аксессуаров.


Sparse Fixed Cycling Light System

Ссылка на Kickstarter: https://www.kickstarter.com/projects/sparse/sparse-bicycle-lights/description

Создатель: Colin Owen + Sparse

Собрано: 66,386$

Сайт: http://sparse.cc/fixed-light-system

Стоимость: 35$

Товар у компании Sparse очень похож на предыдущий — у них тот же подход: крепкий, антивандальный, яркий, интегрированный, перезаряжаемый.

Выглядят фонари действительно очень приятно и внушают доверие.

Bike Balls

Ссылка на Kickstarter: https://www.kickstarter.com/projects/bikeballs/bike-balls-bike-light

Создатель: the Bike Balls Team

Собрано: 85,662C$

Сайт: http://www.balls.bike/store/bike-balls

Стоимость: 19.5$

Стоит дешево, легко крепится, работает на батарейках, два режима: мигающий и горящий постоянно.

Больше про эти по-хулигански выглядящую подсветку сказать сложно.

Monkey Light Pro — Bicycle Wheel Display System

Ссылка на Kickstarter: https://www.kickstarter.com/projects/minimonkey/monkey-light-pro-bicycle-wheel-display-system

Создатель: MonkeyLectric

Собрано: 220,293$

Сайт: http://www.monkeylectric.com/

Стоимость: от 24,99$

Один из наиболее ярких и запоминающихся велотоваров, собравших деньги на Kickstarter. На наш взгляд, сложно найти что-то более яркое и выделяющее вас в темноте. Речь идет не только о развлекательной составляющей, с такой подсветкой у вас нет шансов остаться незамеченным.

Так как же работает Monkey Light? Лучше один раз увидеть: https://www.youtube.com/watch?v=z0eoxaZiEic

Именно Pro-версия позволяет загружать собственную графику.

За несколько лет до этого компания MonkeyLectric успешно собрала деньги на мини-версию, работающую только с предустановленной восьмибитной графикой.

Хорошие идеи не остаются без внимания и порой обретают интересное продолжение в чужих руках. Обратите внимание на программируемую подсветку колес, которая уже доступна в нашем магазине.

Закончить тему навесных фонарей хотели бы компанией Orfos — они предлагают невероятную видимость на дороге.

Shoka Bell: The Ultimate City Cycling Tool

Ссылка на Kickstarter: https://www.kickstarter.com/projects/dnlfls/shoka-bell-the-ultimate-city-cycling-tool/description

Создатель: Daniel Falus

Собрано: 200,89$

Сайт: https://shop.trycelery.com/page/57c8623037a2e41100b367e7

Стоимость: 129$

Потрясающий по своей функциональности и красоте продукт: сочетает в себе звонок, навигатор, габаритный огонь и защиту от кражи.

Как именно работает каждая из функций наглядно рассказывает видео на странице кампании.

Мы попробуем кратко рассказать о них:

  • Звонок — позволяет загрузить собственные мелодии;

  • Навигатор — при подключении к смартфону будет отображать направление движения и предупреждать о поворотах;

  • Габаритный огонь — ярко горит и делает вас хорошо заметным на дороге;

  • Защита от кражи — сняв верхнюю часть девайса вы будете получать на нее уведомления о том, что с велосипедом творится неладное, действует в радиусе 200 м.

Производитель обещает честные 200 часов работы от одного заряда, а также множество других приятных функций, помимо описанных выше.

Проект Даниэля Фалуса собрал на Kickstarter даже больше, чем планировалось. Страница кампании гордо носит бейджик “Project we love” от Kickstarter, который достается только выдающимся идеям.

Loud Mini Bicycle Horn

Ссылка на Kickstarter: https://www.kickstarter.com/projects/lansey/loud-mini-bicycle-horn/description

Создатель: Jonathan Lansey

Собрано: 279,96$

Сайт: http://loudbicycle.com/

Стоимость: от 149$

Суть проекта довольно простая — компактное устройство с клаксоном, звучащим как автомобильный.

Это позволит вам быть еще более адаптированным к движению среди автомобилей, ведь они слышат не обычный звонок, а полноценный громкий предупреждающий сигнал.

Это не первый проект Джонатана Лэнси на Kickstarter, в 2013 году кампания под названием Loud Bicycle: Car horn for your bike завершилась успешно. В 2015 он запустил новый проект — с улучшенной версией, а продукцию из первой кампании переименовал в Classic.

По сравнению с классической версией, Loud Mini Bicycle Horn громче звучит, меньше весит и дольше работает от аккумулятора.

Действительно ли участники дорожного движения более серьезно отнесутся к велосипеду, звучащему как автомобиль? Спорный вопрос.

Надеемся, что любители побибикать не будут использовать Loud Mini Bicycle Horn за пределами оживленных дорог.

О том, какие еще интересные товары появились на рынке благодаря Kickstarter, читайте в наших следующих статьях.

Динамо-машина для зарядки телефона — что это и как работает?

Как с помощью динамо-машины зарядить смартфон без электричества и розетки?

Многие мобильные телефоны быстро разряжаются. Такая проблема особенно актуальна для путешественников или любителей активного отдыха, рядом с которыми нет розетки. Производители предлагают повербанки для походных условий, но портативные аккумуляторы не спасают при длительных поездках. Именно поэтому одним из необычных вариантов станет приобретение динамо-машины для зарядки телефона.

Как выглядит динамо-машина?

Чаще всего динамо-машина представляет собой небольшое пластиковое устройство с вращающейся ручкой. Альтернативным вариантом конструкции является рычаг, который нужно постоянно нажимать. Пользователи утверждают, что вторая разновидность значительно удобнее, поскольку не вызывает усталости при длительном использовании. Однако предпочтения могут быть индивидуальными.

Некоторые динамо-машины для зарядки мобильных телефонов обладают дополнительными возможностями. Например, производители устанавливают перезаряжаемый элемент питания. Также встречаются устройства со встроенными светодиодами, предназначенными для освещения пространства. Они способны использоваться в качестве фонаря.

Правда ли работает?

Динамо-машина преобразовывает механическую энергию. Когда пользователь вращает ручку или нажимает рычаг, вырабатывается электричество для зарядки аккумулятора. Чтобы телефон зарядился полностью, придется приложить значительные физические усилия. Но многие покупатели преследуют другую цель — набрать небольшое количество заряда, чтобы совершить важный звонок или проверить местоположение с помощью навигационной программы.

Возможная опасность

Специалисты утверждают, что портативные динамо-машины полностью безопасны для человека. Они вырабатывают незначительное напряжение — около 5V, предназначенное для заряда аккумулятора телефона. Также негативные последствия не коснутся батареи. Современные мобильные устройства обладают системами защиты, предотвращающими неполадки аккумулятора при нестандартных видах зарядки.

Выводы

Динамо-машина способна послужить полезным аксессуаром для путешественников. Она позволяет зарядить смартфон, когда поблизости отсутствуют электрические розетки. Достаточно покрутить ручку несколько минут, чтобы сделать важный звонок или отправить сообщение. Также несомненным преимуществом динамо-машины являются дополнительные функции. Некоторые производители оснащают устройство светодиодами, способными использоваться в качестве портативного источника света.

Загрузка…

Генераторы и динамо


Развитие и история компонента, который первым сделал электричество коммерчески осуществимо

Динамо Генераторы преобразуют механическое вращение в электрическую энергию.

Динамо — устройство, вырабатывающее постоянного тока электроэнергии с помощью электромагнетизма. Он также известен как генератор, однако термин «генератор» обычно относится к «генератору переменного тока», который вырабатывает мощность переменного тока.

Генератор — обычно этот термин используется для описания генератора , который создает мощность переменного тока, используя электромагнетизм.

Генераторы, Динамо и Батарейки — три инструмента, необходимые для создания / хранения значительное количество электроэнергии для использования людьми. Аккумуляторы возможно, был обнаружен еще в 248 году до нашей эры. Они просто используют химические реакция на производство и хранение электричества.Ученые экспериментировали с батарея, чтобы изобрести первые лампы накаливания, электродвигатели и поезда и научные испытания. Однако батареи не были надежными или рентабельно для любого обычного электрического использования, именно динамо-машина радикально изменили электричество из диковинного в выгодное, надежное технология.

1. Как это работает
2. Краткая история динамо-машин и генераторов
3. Видео генераторов

1.) Как Это работает:

Базовый:

Сначала вам понадобится механический источник энергии, такой как турбина (приводимая в действие падающей водой), ветряная турбина, газовая турбина или паровая турбина. Вал от одного из этих устройств подключен к генератору для выработки энергии.

Динамо и генераторы работают используя дикие сложные явления электромагнетизма .Понимание поведение электромагнетизма, его полей и его эффектов очень велико. предмет исследования. Есть причина, по которой прошло 60 лет ПОСЛЕ Вольты первая батарея, чтобы заработала хорошая мощная динамо-машина. Мы будет проще, чтобы познакомить вас с интересным предметом выработки электроэнергии.

В самом общем смысле Генератор / динамо-машина — это один вращающийся магнит, находящийся внутри воздействия магнитного поля другого магнита.Вы не видите магнитное поле, но это часто иллюстрируется линиями потока. На иллюстрации над линиями магнитного потока будут следовать линии, созданные железом документы.

Генератор / динамо-машина произведена сборка неподвижных магнитов (статора), создающих мощное магнитное поле, и вращающийся магнит (ротор), который искажает и разрезает магнитный магнитные линии статора. Когда ротор прорезает линии магнитного поток делает электричество.

Но почему?

По закону индукции Фарадея если вы возьмете провод и будете двигать его вперед и назад в магнитном поле, поле давит на электроны в металле. Медь имеет 27 электронов, последние два на орбите легко переносятся на следующий атом. Это движение электронов — это электрический поток.

Смотрите видео ниже показано, как ток индуцируется в проводе:

Если взять много провода например, в катушке и перемещая ее в поле, вы создаете более мощный «поток» электронов.Мощность вашего генератора зависит от по:

«л» — длина проводник в магнитном поле
«v» — скорость проводника (скорость ротора)
«B» — сила электромагнитного поля

Вы можете производить расчеты, используя эта формула: e = B x l x v

Смотрите видео чтобы увидеть все это наглядно:

О магнитах:

Вверху: простой электромагнит называется соленоидом.Термин «соленоид» на самом деле описывает трубчатая форма, созданная витой проволокой.

Магниты обычно не из природного магнетита или постоянного магнит (если это не маленький генератор), но они медные или алюминиевая проволока, намотанная на железный сердечник. Каждая катушка должна быть под напряжением с некоторой силой, чтобы превратить его в магнит. Эта спираль вокруг железа называется соленоид. Соленоиды используются вместо природного магнетита, потому что соленоид НАМНОГО мощнее.Небольшой соленоид может создать очень сильное магнитное поле.

Вверху: Катушки с проволокой в ​​генераторах должны быть изолированы. Отказ генератора вызвано слишком высоким повышением температуры, что приводит к поломке изоляции и короткое замыкание между параллельными проводами. Подробнее о проводах>

Термины :
Электромагнетизм — изучение сил, которые происходят между электрически заряженными частицами
Ротор — часть генератора динамо, которая вращается
Якорь — такой же, как ротор
Поток — силовые линии в магнитном поле, это измеряется в плотности, единица СИ Вебера
Статор — магниты в генераторе / динамо-машине, которые не двигаются, они устанавливают стационарное магнитное поле
Соленоид — магнит, созданный катушкой из проволоки вокруг утюга / ферриса сердечник (соленоид технически означает форму этого магнита, но инженеры называют соленоид и электромагнит как синонимы.
Коммутатор — Подробнее о них можно узнать здесь
Крутящий момент — сила во вращательном движении

Динамо

Динамо старый термин, используемый для описания генератора, вырабатывающего постоянный ток мощность . Мощность постоянного тока отправляет электроны только в одном направлении. Эта проблема с простым генератором заключается в том, что когда ротор вращается, он в конечном итоге полностью поворачивается, меняя направление тока.Ранние изобретатели не знать, что делать с этим переменным током, переменный ток более сложные в управлении и проектировании двигателей и фонарей. Ранние изобретатели пришлось придумать способ улавливать только положительную энергию генератора, поэтому они изобрели коммутатор. Коммутатор — это переключатель, позволяющий ток течет только в одном направлении.

См. видео ниже, чтобы увидеть, как работает коммутатор:

Динамо состоит из 3-х основных компонентов : статора, якоря и коммутатор.

Кисти входят в состав коммутатора, щетки должны проводить электричество, поскольку контакт с вращающимся якорем. Первые кисти были актуальны проволочные «щетки» из мелкой проволоки. Они легко изнашивались и они разработали графические блоки для выполнения той же работы.

статор представляет собой неподвижную конструкцию, которая делает магнитные поле, вы можете сделать это в небольшой динамо-машине с помощью постоянного магнита.Для больших динамо требуется электромагнит.

Якорь изготовлен из спиральных медных обмоток, которые вращаются внутри магнитного поля, создаваемого статором. Когда обмотки движутся, они прорезают силовые линии магнитного поля. Этот создает импульсы электроэнергии.

Коммутатор необходим для выработки постоянного тока. В потоках мощности постоянного тока только в одном направлении через провод, проблема в том, что вращающийся якорь в динамо-машине меняет направление тока каждые пол-оборота, поэтому коммутатор — это поворотный переключатель, который отключает питание в течение обратной текущей части цикла.

Самовозбуждение:

Так как магниты в динамо являются соленоидами, для работы они должны быть запитаны. Так что помимо кистей какая мощность крана выйти на главную цепь, есть другой набор щеток для получения энергии от якоря для питания статора магниты. Это нормально, если динамо-машина работает, но как начать динамо-машина, если у вас нет мощности для запуска?

Иногда арматура сохраняет некоторый магнетизм в железном сердечнике, и когда он начинает вращаться, он делает небольшая мощность, достаточная для возбуждения соленоидов статора.Затем напряжение начинает расти, пока динамо-машина не наберет полную мощность.

Если нет магнетизма осталось в железе якоря, чем часто используется батарея для возбуждения соленоиды в динамо-машине, чтобы начать. Это называется «поле» мигает ».

Ниже в обсуждении проводя динамо, вы заметите, как мощность проходит через соленоиды иначе.

Есть два способа проводка динамо: серия рана и шунт ранить.См. Диаграммы, чтобы узнать разницу.

Ниже видео небольшого простая динамо-машина, похожая на схемы выше (построена в 1890-х годах):

Генератор

Генератор отличается от динамо-машина в том смысле, что она производит переменного тока . Электроны входят в в обоих направлениях в сети переменного тока. Только в 1890-х годах инженеры придумали, как проектировать мощные двигатели, трансформаторы и другие устройства, которые могут использовать мощность переменного тока таким образом, чтобы конкурировать с постоянным током власть.

Пока генератор использует коммутаторах, генератор использует контактное кольцо со щетками для постукивания по выключение ротора. К контактному кольцу прикреплены графит или углерод. «щетки», которые подпружинены, чтобы протолкнуть щетку на звенеть. Это поддерживает постоянный поток энергии. Кисти изнашиваются время и нуждаются в замене.

Ниже видео контактных колец и щеток, много примеров от старого к новому:

Со времен Грамма в 1860-х годах было выяснено, что лучший способ построить динамо-генератор было расположить магнитные катушки по широкому кругу, с широким вращением арматура.Это выглядит иначе, чем простые маленькие примеры динамо-машин. вы видите, как они используются в обучении работе устройств.

На фото ниже вы будете хорошо видна одна катушка на якоре (остальные были сняты для обслуживания) и другие катушки, встроенные в статор.

С 1890-х до наших дней Трехфазное питание переменного тока было стандартной формой питания. Три фазы сделано за счет конструкции генератора.

Для изготовления трехфазного генератора вы должны разместить определенное количество магнитов на статоре и якоре, все с правильным интервалом. Электромагнетизм так же сложен, как и волны и вода, поэтому вам нужно знать, как контролировать поле через ваш дизайн. Проблемы включают неравномерное притяжение вашего магнита. к железному сердечнику, неправильные расчеты искажения магнитного поле (чем быстрее вращается, тем сильнее искажается поле), ложный сопротивление в катушках якоря и множество других потенциальных проблем.

Почему 3 фазы? Если хочешь Чтобы узнать больше о фазах и почему мы используем 3 фазы, посмотрите наше видео с пионером трансмиссии Лайонелом Бартольдом.

2.) Краткая история динамо-машин и генераторов:

Генератор возникла из работ Майкла Фарадея и Джозефа Генрих в 1820-х гг. Как только эти два изобретателя обнаружили и задокументировали явления электромагнитной индукции, это приводит к экспериментам другими как в Европе, так и в Северной Америке.

1832 — Ипполит Пиксии (Франция) построил первую динамо-машину с помощью коммутатора, его модель создавала электрические импульсы, разделенные отсутствием тока. Он также случайно создали первый генератор переменного тока. Он не знал, что чтобы сделать с изменяющимся током, он сосредоточился на попытке устранить переменный ток для получения постоянного тока, это привело его к созданию коммутатор.

1830s-1860s — Аккумулятор по-прежнему является самым мощным источником питания электричество для различных экспериментов, происходивших в этот период.Электричество по-прежнему было коммерчески невыгодным. Электрический аккумулятор с питанием от аккумулятора поезд из Вашингтона в Балтимор потерпел неудачу, что привело к серьезному затруднению в новую область электричества. После миллионов долларов потраченного впустую пара по-прежнему оказался лучшим источником энергии. Электричество все еще необходимо для оказались надежными и коммерчески выгодными.

1860 — Антонио Пачинотти — Создал динамо-машину, обеспечивающую непрерывное Источник питания постоянного тока

1867 — Вернер фон Сименс и Чарльз Уитстон создают более мощная, более полезная динамо-машина, в которой использовался электромагнит с автономным питанием в статоре вместо слабого постоянного магнита.

1871 — Зеноб Грамм зажег коммерческая революция электроэнергии. Он заполнил магнитное поле железный сердечник, который лучше пропускал магнитный поток. Это увеличило мощность динамо-машины до такой степени, что ее можно было использовать для многих коммерческих Приложения.

1870-е годы — Произошел взрыв новых конструкций динамо-машин, конструкций варьировал дикий ассортимент, лишь немногие выделялись как превосходящие эффективность.

1876 — Чарльз Ф. Браш (Огайо) разработала самую эффективную и надежную конструкцию динамо-машины из когда-либо существовавших. к этому моменту. Его изобретения продавались через Telegraph Supply. Компания.

1877 — Франклин Институт (Филадельфия) проводит испытания динамо-машин со всего мира. Публичность этого события стимулирует развитие других людей, таких как Элиху. Томсон, лорд Кельвин и Томас Эдисон.

Вверху: Длинноногая Мэри Эдисона, коммерчески успешная динамо-машина для его системы постоянного тока 1884

1878 — г. Компания Ganz начинает использовать генераторов переменного тока в небольших коммерческих инсталляции в Будапеште.

1880 — Чарльз F. Brush использовало более 5000 дуговых ламп , что составляет 80 процентов всех ламп в мире. Экономическая сила электрического возраст начался.

1880-1886 — Системы переменного тока разрабатываются в Европе совместно с Siemens, Сабастиан Ферранти, Люсьен Голар и другие. Царство динамо-машин постоянного тока на прибыльном американском рынке многие настроены скептически. инвестировать в AC.Генераторы переменного тока были мощными, однако генератор само по себе не было самой большой проблемой. Системы контроля и распределения мощности переменного тока необходимо было улучшить, прежде чем она сможет конкурировать с DC на рынке.

1886 — В изобретатели Североамериканского рынка, такие как Уильям Стэнли , Джордж Вестингауз, Никола Тесла и Элиху Thomson разрабатывает собственный кондиционер системы и конструкции генераторов.Большинство из них использовали Siemens и генераторы Ферранти в качестве основы для изучения. Уильям Стэнли быстро смог изобрести генератор получше, будучи неудовлетворенным с генератором Сименса, который он использовал в своем первом эксперимент.

Выше: Генераторы переменного тока Siemens, используемые в Лондоне в 1885 году, в США Эдисон не хотел перейти в область питания переменного тока, в то время как в Европе технология развивалась быстро.


1886-1891 — Полифазный Генераторы переменного тока разработаны C.S. Bradly (США), August Haselwander. (Германия), Михаил Доливо-Добровский (Германия / Россия), Галилео Феррарис (Италия) и др. Системы переменного тока, которые включают улучшенный контроль и мощные электродвигатели позволяют AC конкурировать.


1891 — трехфазный Электропитание переменного тока оказалось лучшей системой для выработки электроэнергии и распространение на Международном Электротехническая выставка во Франкфурте.

Трехфазный генератор конструкции Михаила Доливо-Добровского, использованный на выставке видно слева.

1892 — Чарльз П. Стейнмец представляет свой доклад AIEE по гистерезису. Понимание Штейнмеца математики мощности переменного тока опубликована и помогает произвести революцию Проектирование систем питания переменного тока, включая большие генераторы переменного тока.

1890-е — Генератор дизайн быстро улучшается благодаря коммерческим продажам и имеющиеся деньги на исследования.Westinghouse, Siemens, Oerlikon, и General Electric разрабатывают самые мощные генераторы в мире. Некоторые генераторы все еще работают 115 лет спустя. (Механиквилл, Нью-Йорк)

Выше: 1894 Элиу Томсон разработал много Генераторы переменного тока для General Electric

Более поздний генератор Westinghouse мощностью 2000 кВт на 270 В от после 1900

3.Видео

Mechanicville Генераторы с объяснением истории (1897), разработанные вдохновителем переменного тока Чарльз П. Стейнмец

Генератор Вестингауза сконструирован и испытан (1905 г.), спроектирован Оливером Шалленбергером, Tesla и другие в Westinghouse.

1895 Ранние мощные генераторы используется в Фолсоме, Калифорния (разработан Элиу Томпсон, доктором.Луи Белл и другие в GE)

1891 Генератор производства Oerlikon для Международной электротехнической выставки (дизайн Добровольского в Германии)


Связанные темы:

Источники:
-The История General Electric — Зал истории , Скенектади, штат Нью-Йорк, 1989 г. Второе издание
— Википедия (Генераторы, Чарльз Браш)
— Википедия (Коммутатор)
— Принципы электричества — от General Electric
— История переменного тока — Технический центр Эдисона
— Руководство по электричеству Хокинса

Фото / Видео:
-Copyright 2011 Технический центр Эдисона.Снято в Немецком музее, Мюнхен,
— Некоторые генераторы сфотографированы в Техническом центре Эдисона, Скенектади, NY

Как работают электрогенераторы и динамо-машины

Как работают электрогенераторы и динамо-машины — объясните это Рекламное объявление

Нефть может быть любимым топливом в мире, но ненадолго. В современных домах в основном используется электричество. и скоро большинство из нас тоже станет водить электромобили.Электричество очень удобно. Вы можете производить его самыми разными способами, используя все, от угля и нефти до ветра и волн. Вы можете сделать это в в одном месте и используйте его на другом конце света, если хотите. И, как только вы его изготовите, вы можете хранить его в батареях и использовать это дни, недели, месяцы или даже годы спустя. Что делает электрический возможная мощность — и действительно практичная — это превосходный электромагнитный устройство, называемое электрогенератором: разновидность электродвигателя. работа в обратном направлении, которая преобразует обычную энергию в электричество.Давайте подробнее рассмотрим генераторы и узнаем, как они работают!

Фото: Дизельный электрогенератор середины 20-го века в музее электростанции REA недалеко от Хэмптона, штат Айова. Любезно предоставлены фотографиями в Кэрол М. Хайсмит Архив, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

Откуда берется электричество?

Лучший способ понять электричество — начать с того, что его собственное название: электрическая энергия. Если вы хотите запустить что-нибудь электрические, от тостера или зубную щетку MP3-плеер или телевидение, вам необходимо обеспечить его постоянным запасом электроэнергии.Откуда ты это возьмешь? Есть основной закон физики называется закон сохранения энергии, который объясняет, как можно получить энергия — и как вы не можете. Согласно этому закону существует фиксированный количество энергии во Вселенной и некоторые хорошие новости и некоторые плохие новости о том, что мы можем с этим сделать. Плохая новость в том, что мы не можем создавать больше энергии, чем у нас уже есть; хорошая новость в том, что мы не можем уничтожить любую энергию. Все, что мы можем сделать с энергией, это преобразовать из одной формы в другую.

Фото: Большой электрогенератор, приводимый в движение паром, на геотермальной электростанции «Кожа» компании CalEnergy в округе Империал, Калифорния.Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Министерством энергетики США / Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (DOE / NREL).

Если вы хотите найти электричество для питания своего телевизора, вы не будет производить энергию из воздуха: сохранение энергии говорит нам, что это невозможно. Вы будете использовать энергию преобразуется из какой-либо другой формы в необходимую вам электрическую энергию. Обычно это происходит на электростанции. на некотором расстоянии от вашего дома. Подключите телевизор к розетке, и электрическая энергия течет в него через кабель.Кабель намного длиннее, чем вы думаете: на самом деле он проходит от вашего телевизора — под землей или по воздуху — до электростанция, на которой для вас подготавливается электроэнергия из богатое энергией топливо, такое как уголь, нефть, газ или атомное топливо. В этих экологически чистые времена, часть вашей электроэнергии также будет поступать из ветряные турбины, гидроэлектростанции (которые вырабатывают энергию, используя энергию плотин рек) или геотермальную энергию (внутренняя нагревать). Откуда бы ни пришла ваша энергия, она почти наверняка будет превратился в электричество с помощью генератора.Только солнечные элементы и топливные элементы производить электричество без использования генераторов.

Рекламные ссылки

Как мы можем производить электричество?

Фото: Типичный электрогенератор. Он может производить до 225 кВт электроэнергии и используется для испытаний прототипов ветряных турбин. Фото Ли Фингерша любезно предоставлено Министерство энергетики США / Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (DOE / NREL).

Если вы читали нашу подробную статью о электродвигатели, вы уже довольно много знают, как работают генераторы: генератор — это просто электродвигатель, работающий в обратном направлении.Если ты не прочтите эту статью, вы можете быстро взглянуть, прежде чем читать на — но вот краткое изложение в любом случае.

Электродвигатель — это, по сути, просто плотный моток медной проволоки, намотанный на железный сердечник, который свободно вращается с высокой скоростью внутри мощного постоянного магнита. Когда вы подаете электричество в медную катушку, она становится временный магнит с электрическим приводом — другими словами, электромагнит — и создает вокруг себя магнитное поле. Этот временное магнитное поле противодействует магнитному полю, которое постоянный магнит создает и заставляет катушку вращаться.Немного продуманная конструкция, катушка может непрерывно вращаться в в том же направлении, вращаясь вокруг и вокруг и приводя в действие что-нибудь из электрическая зубная щетка к электричке.

Фотография: Вращающаяся часть (ротор) типичного небольшого электродвигателя. Электрогенератор имеет точно такие же компоненты, но работает противоположным образом, превращая движение в электрическую энергию.

Так чем же генератор отличается? Предположим, у вас есть электрический зубная щетка с аккумулятором внутри.Вместо того, чтобы позволить батарее питать двигатель, который толкает щетку, что, если бы вы сделали противоположный? Что, если вы несколько раз поворачиваете щетку вперед и назад? То, что вы делали бы, было бы вручную крутить электродвигатель. ось вокруг. Это заставит медную катушку внутри двигателя повернуться постоянно внутри его постоянного магнита. Если вы переместите электрический провод внутри магнитного поля, вы заставляете течь электричество через провод — по сути, вы производите электричество. Так что держи поворачивая зубную щетку достаточно долго, и теоретически вы получите электричества достаточно для подзарядки аккумулятора.По сути, вот как генератор работает. (На самом деле, это немного сложнее, чем это и вы не можете зарядить зубную щетку таким образом, хотя добро пожаловать!)

Как работает генератор?

Возьмите кусок провода и подсоедините его к амперметру (то, что измеряет ток) и поместите его между полюсами магнита. Теперь резко проведите проволокой сквозь невидимое магнитное поле, создаваемое магнитом, и через провод на короткое время протекает ток (регистрируемый на измерителе).Это фундаментальная наука, лежащая в основе электрогенератора, продемонстрированная в 1831 году британским ученым Майклом Фарадеем. (прочитать краткая биография или длинная биография). Если вы переместите провод в противоположном направлении, вы создадите ток, который течет в обратном направлении. (Если вам интересно, вы можете выяснить направление, в котором течет ток, используя то, что называется правило правой руки или правило генератора, которое является зеркальным отображением правила левой руки, используемого для определения того, как работают двигатели.)

Важно отметить, что вы генерируете ток только тогда, когда проводите провод через магнитное поле (или когда вы перемещаете магнит мимо провода, что равносильно тому же).Недостаточно просто поднести провод к магниту: для выработки электричества провод должен пройти мимо магнита или наоборот. Предположим, вы хотите производить много электроэнергии. Поднимать и опускать провод в течение всего дня не будет особенным удовольствием, поэтому вам нужно придумать способ, как провести провод мимо магнита, установив тот или иной из них на колесо. Затем, когда вы поворачиваете колесо, проволока и магнит перемещаются друг относительно друга, и возникает электрический ток.

Изображение: такой простой генератор вырабатывает переменный ток (электрический ток, который периодически меняет направление на противоположное).Каждая сторона генератора (зеленая или оранжевая) движется вверх или вниз. Когда он движется вверх, он будет генерировать односторонний ток; когда он движется вниз, ток течет в другую сторону. Если вы измеритель, подключенный к проводу, вы не знаете, в какую сторону движется провод: все, что вы видите, — это то, что направление тока периодически меняется на противоположное: вы видите переменный ток.

А теперь самое интересное. Предположим, вы сгибаете проволоку в петлю, помещаете ее между полюсами магнита и размещаете так, чтобы она постоянно вращалась, как на схеме.Вероятно, вы увидите, что при повороте петли каждая сторона провода (оранжевая или зеленая) иногда будет двигаться вверх, а иногда — вниз. Когда он движется вверх, электричество будет течь в одну сторону; когда он движется вниз, ток будет течь в обратном направлении. Таким образом, базовый генератор, подобный этому, будет производить электрический ток, который меняет направление каждый раз, когда петля провода переворачивается (другими словами, переменный ток или переменный ток). Однако большинство простых генераторов на самом деле вырабатывают постоянный ток — так как же им управлять?

Генераторы постоянного тока

Так же, как простой электродвигатель постоянного тока использует электричество постоянного тока (DC) для создания непрерывного вращательного движения, так и простой генератор постоянного тока производит стабильную подачу электричества постоянного тока, когда он вращается.Как двигатель постоянного тока, Генератор постоянного тока использует коммутатор. Звучит технически, но это всего лишь металлическое кольцо с трещинами в нем, которое периодически меняет местами электрические контакты катушки генератора, одновременно меняя направление тока. Как мы видели выше, простая проволочная петля автоматически меняет направление тока, которое он производит каждые пол-оборота, просто потому, что он вращается, а задача коммутатора — нейтрализовать эффект вращения катушки, обеспечивая создание постоянного тока.

Иллюстрация: Сравнение простейшего генератора постоянного тока с простейшим генератором переменного тока.В этой конструкции катушка (серая) вращается между полюсами постоянного магнита. Каждый раз, когда он поворачивается на пол-оборота, ток, который он генерирует, меняется на противоположный. В генераторе постоянного тока (вверху) коммутатор меняет направление тока на противоположное каждый раз, когда катушка перемещается на пол-оборота, отменяя реверсирование тока. В генераторе переменного тока (внизу) нет коммутатора, поэтому выходная мощность просто поднимается, опускается и меняет направление вращения при вращении катушки. Вы можете увидеть выходной ток от каждого типа генератора на диаграмме справа.

Генераторы переменного тока

Фотография: Генератор переменного тока — это генератор, который вырабатывает переменный ток (переменный ток) вместо постоянного (постоянного). Здесь мы видим механика, снимающего генератор с двигателя подвесной моторной лодки. Фото Есении Росас любезно предоставлено ВМС США.

Что делать, если вы хотите генерировать переменный ток (AC) вместо постоянного тока? Тогда вам понадобится генератор, который представляет собой просто генератор переменного тока. Самый простой вид генератора переменного тока похож на генератор постоянного тока без коммутатора.Когда катушка или магниты вращаются мимо друг друга, ток естественным образом растет, падает и меняет направление, давая на выходе переменный ток. Так же, как есть Асинхронные двигатели переменного тока, в которых для создания вращающегося магнитного поля используются электромагниты, а не постоянные магниты, поэтому существуют генераторы, которые работают за счет индукции аналогичным образом.

Генераторы в основном используются для выработки электроэнергии от двигателей транспортных средств. В автомобилях используются генераторы, приводимые в движение их бензиновые двигатели, которые заряжают свои аккумуляторов во время движения (переменный ток преобразуется в постоянный диоды или выпрямительные схемы).

Генераторы в реальном мире

Фото: Генератор ветряной турбины расположен сразу за лопастями ротора. (Это цилиндр справа). Фото Джо Смита любезно предоставлено NREL (Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

Производство электричества звучит просто — и это так. Сложность в том, что нужно приложить огромное количество физических усилий. для выработки даже небольшого количества энергии. Вы поймете это, если у вас есть велосипед с динамо-машиной. фары, работающие от колес: вам нужно немного крутить педали, чтобы фары светились — и это просто для производства крошечного количества электричества, необходимого для питания пара лампочек.Динамо — это просто очень маленькое электричество генератор. Напротив, на реальных электростанциях гигантские генераторы электричества приводятся в действие паровыми турбинами. Это немного похоже на вращающиеся пропеллеры или ветряные мельницы, приводимые в движение паром. Пар производится путем кипячения воды с использованием энергии, выделяемой при сжигании угля, масло или другое топливо. (Обратите внимание, как применяется сохранение энергии здесь тоже. Энергия, питающая генератор, поступает от турбина. Энергия, питающая турбину, поступает от топлива.А также топливо — уголь или нефть — изначально поступало с заводов, работающих на энергия Солнца. Суть проста: энергия всегда должна исходить от где-то.)

Какую мощность вырабатывает генератор?

Генераторы указаны в ваттах (измерение мощности, указывающее, сколько энергии производится каждую секунду). Как и следовало ожидать, чем больше генератор, тем большую мощность он производит. Вот приблизительное руководство от самого маленького до самого большого:

Тип Мощность (Вт)
Велосипед динамо 3
Генератор USB с ручным приводом 20
Ветряная микро турбина 500
Малый дизель-генератор 5000 (5 кВт)
Ветряная турбина (средняя) 2 000 000 (2 МВт)

Переносные генераторы

Фото: Переносной электрогенератор, работающий от дизель.Фото Брайана Рида Кастильо любезно предоставлено ВМС США.

В большинстве случаев мы принимаем электричество как должное. Мы включаем фонари, телевизоры или стиральные машины, не переставая думать, что электрическая энергия, которую мы используем, должна откуда-то поступать. Но что, если вы работаете на улице, в глуши, и нет источник электричества, который вы можете использовать для питания вашей бензопилы или вашего электрическая дрель?

Одна из возможностей — использовать аккумуляторные инструменты с аккумуляторы. Другой вариант — использовать пневматические инструменты, такие как отбойные молотки.Они полностью механические и питаются от сжатый воздух вместо электричества. Третий вариант — использовать переносной электрогенератор. Это просто небольшой бензиновый двигатель (бензиновый двигатель), похожий на компактный двигатель мотоцикла, с прилагается электрогенератор. Когда двигатель пыхтит, дожигая бензин, он толкает поршень взад и вперед, поворачивая генератор и вырабатывающий на выходе постоянный электрический ток. С участием с помощью трансформатора вы можете использовать такой генератор для производите практически любое напряжение, которое вам нужно, в любом месте, где оно вам нужно.В качестве пока у вас достаточно бензина, вы можете производить собственное электричество поставка на неопределенный срок. Но помните о сохранении энергии: кончится газа, и у вас кончится электричество!

Artwork: Генераторные технологии быстро развивались в 19 веке. Английский химик и физик Майкл Фарадей построил первый примитивный генератор в 1831 году. В течение нескольких десятилетий многочисленные изобретатели создавали практические электрические генераторы. Эта («динамо-электрическая машина») была разработана Эдвардом Уэстоном в 1870-х годах как способ «преобразовывать механическую энергию в электрическую с большей эффективностью, чем прежде.«Он имеет статическое внешнее кольцо из магнитов (синий) и вращающийся якорь (катушки) в центре (красный). Коммутатор (зеленый) преобразует генерируемый ток в постоянный. Из патента США 180 082 переиздание 8 141 Эдварда Уэстона, любезно предоставленного Управлением по патентам и товарным знакам США.

Рекламные ссылки

Узнать больше

На сайте

Возможно, вам понравятся эти другие статьи на нашем сайте по связанным темам:

Видео

  • Демонстрация электрического генератора ?: Превосходное короткое видео доктора Джонатана Хэра и Vega Science Trust очень ясно показывает, как перемещение катушки через магнитное поле может производить электричество.
  • Простой генератор: электрический генератор для научной выставки: Уильям Бити дает пошаговое руководство по созданию простого генератора с использованием простых для поиска компонентов (эмалированный провод, магниты, картон и т. Д.).
  • Велогенератор: Как привести в действие кухонный комбайн с помощью велосипеда, приводящего в действие генератор переменного тока (разновидность электрогенератора). Довольно изящный эксперимент, хотя комментарий мог бы быть немного яснее.

Книги

Для читателей постарше
Для младших читателей

Статьи

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2009, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2009/2020) Генераторы. Получено с https://www.explainthatstuff.com/generators.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Как работают генераторы и динамо-машины

Как работают генераторы и динамо-машины — объясните это Рекламное объявление

Нефть может быть любимым топливом в мире, но ненадолго.В современных домах в основном используется электричество. и скоро большинство из нас тоже станет водить электромобили. Электричество очень удобно. Вы можете производить его самыми разными способами, используя все, от угля и нефти до ветра и волн. Вы можете сделать это в в одном месте и используйте его на другом конце света, если хотите. И, как только вы его изготовите, вы можете хранить его в батареях и использовать это дни, недели, месяцы или даже годы спустя. Что делает электрический возможная мощность — и действительно практичная — это превосходный электромагнитный устройство, называемое электрогенератором: разновидность электродвигателя. работа в обратном направлении, которая преобразует обычную энергию в электричество.Давайте подробнее рассмотрим генераторы и узнаем, как они работают!

Фото: Дизельный электрогенератор середины 20-го века в музее электростанции REA недалеко от Хэмптона, штат Айова. Любезно предоставлены фотографиями в Кэрол М. Хайсмит Архив, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

Откуда берется электричество?

Лучший способ понять электричество — начать с того, что его собственное название: электрическая энергия. Если вы хотите запустить что-нибудь электрические, от тостера или зубную щетку MP3-плеер или телевидение, вам необходимо обеспечить его постоянным запасом электроэнергии.Откуда ты это возьмешь? Есть основной закон физики называется закон сохранения энергии, который объясняет, как можно получить энергия — и как вы не можете. Согласно этому закону существует фиксированный количество энергии во Вселенной и некоторые хорошие новости и некоторые плохие новости о том, что мы можем с этим сделать. Плохая новость в том, что мы не можем создавать больше энергии, чем у нас уже есть; хорошая новость в том, что мы не можем уничтожить любую энергию. Все, что мы можем сделать с энергией, это преобразовать из одной формы в другую.

Фото: Большой электрогенератор, приводимый в движение паром, на геотермальной электростанции «Кожа» компании CalEnergy в округе Империал, Калифорния.Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Министерством энергетики США / Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (DOE / NREL).

Если вы хотите найти электричество для питания своего телевизора, вы не будет производить энергию из воздуха: сохранение энергии говорит нам, что это невозможно. Вы будете использовать энергию преобразуется из какой-либо другой формы в необходимую вам электрическую энергию. Обычно это происходит на электростанции. на некотором расстоянии от вашего дома. Подключите телевизор к розетке, и электрическая энергия течет в него через кабель.Кабель намного длиннее, чем вы думаете: на самом деле он проходит от вашего телевизора — под землей или по воздуху — до электростанция, на которой для вас подготавливается электроэнергия из богатое энергией топливо, такое как уголь, нефть, газ или атомное топливо. В этих экологически чистые времена, часть вашей электроэнергии также будет поступать из ветряные турбины, гидроэлектростанции (которые вырабатывают энергию, используя энергию плотин рек) или геотермальную энергию (внутренняя нагревать). Откуда бы ни пришла ваша энергия, она почти наверняка будет превратился в электричество с помощью генератора.Только солнечные элементы и топливные элементы производить электричество без использования генераторов.

Рекламные ссылки

Как мы можем производить электричество?

Фото: Типичный электрогенератор. Он может производить до 225 кВт электроэнергии и используется для испытаний прототипов ветряных турбин. Фото Ли Фингерша любезно предоставлено Министерство энергетики США / Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (DOE / NREL).

Если вы читали нашу подробную статью о электродвигатели, вы уже довольно много знают, как работают генераторы: генератор — это просто электродвигатель, работающий в обратном направлении.Если ты не прочтите эту статью, вы можете быстро взглянуть, прежде чем читать на — но вот краткое изложение в любом случае.

Электродвигатель — это, по сути, просто плотный моток медной проволоки, намотанный на железный сердечник, который свободно вращается с высокой скоростью внутри мощного постоянного магнита. Когда вы подаете электричество в медную катушку, она становится временный магнит с электрическим приводом — другими словами, электромагнит — и создает вокруг себя магнитное поле. Этот временное магнитное поле противодействует магнитному полю, которое постоянный магнит создает и заставляет катушку вращаться.Немного продуманная конструкция, катушка может непрерывно вращаться в в том же направлении, вращаясь вокруг и вокруг и приводя в действие что-нибудь из электрическая зубная щетка к электричке.

Фотография: Вращающаяся часть (ротор) типичного небольшого электродвигателя. Электрогенератор имеет точно такие же компоненты, но работает противоположным образом, превращая движение в электрическую энергию.

Так чем же генератор отличается? Предположим, у вас есть электрический зубная щетка с аккумулятором внутри.Вместо того, чтобы позволить батарее питать двигатель, который толкает щетку, что, если бы вы сделали противоположный? Что, если вы несколько раз поворачиваете щетку вперед и назад? То, что вы делали бы, было бы вручную крутить электродвигатель. ось вокруг. Это заставит медную катушку внутри двигателя повернуться постоянно внутри его постоянного магнита. Если вы переместите электрический провод внутри магнитного поля, вы заставляете течь электричество через провод — по сути, вы производите электричество. Так что держи поворачивая зубную щетку достаточно долго, и теоретически вы получите электричества достаточно для подзарядки аккумулятора.По сути, вот как генератор работает. (На самом деле, это немного сложнее, чем это и вы не можете зарядить зубную щетку таким образом, хотя добро пожаловать!)

Как работает генератор?

Возьмите кусок провода и подсоедините его к амперметру (то, что измеряет ток) и поместите его между полюсами магнита. Теперь резко проведите проволокой сквозь невидимое магнитное поле, создаваемое магнитом, и через провод на короткое время протекает ток (регистрируемый на измерителе).Это фундаментальная наука, лежащая в основе электрогенератора, продемонстрированная в 1831 году британским ученым Майклом Фарадеем. (прочитать краткая биография или длинная биография). Если вы переместите провод в противоположном направлении, вы создадите ток, который течет в обратном направлении. (Если вам интересно, вы можете выяснить направление, в котором течет ток, используя то, что называется правило правой руки или правило генератора, которое является зеркальным отображением правила левой руки, используемого для определения того, как работают двигатели.)

Важно отметить, что вы генерируете ток только тогда, когда проводите провод через магнитное поле (или когда вы перемещаете магнит мимо провода, что равносильно тому же).Недостаточно просто поднести провод к магниту: для выработки электричества провод должен пройти мимо магнита или наоборот. Предположим, вы хотите производить много электроэнергии. Поднимать и опускать провод в течение всего дня не будет особенным удовольствием, поэтому вам нужно придумать способ, как провести провод мимо магнита, установив тот или иной из них на колесо. Затем, когда вы поворачиваете колесо, проволока и магнит перемещаются друг относительно друга, и возникает электрический ток.

Изображение: такой простой генератор вырабатывает переменный ток (электрический ток, который периодически меняет направление на противоположное).Каждая сторона генератора (зеленая или оранжевая) движется вверх или вниз. Когда он движется вверх, он будет генерировать односторонний ток; когда он движется вниз, ток течет в другую сторону. Если вы измеритель, подключенный к проводу, вы не знаете, в какую сторону движется провод: все, что вы видите, — это то, что направление тока периодически меняется на противоположное: вы видите переменный ток.

А теперь самое интересное. Предположим, вы сгибаете проволоку в петлю, помещаете ее между полюсами магнита и размещаете так, чтобы она постоянно вращалась, как на схеме.Вероятно, вы увидите, что при повороте петли каждая сторона провода (оранжевая или зеленая) иногда будет двигаться вверх, а иногда — вниз. Когда он движется вверх, электричество будет течь в одну сторону; когда он движется вниз, ток будет течь в обратном направлении. Таким образом, базовый генератор, подобный этому, будет производить электрический ток, который меняет направление каждый раз, когда петля провода переворачивается (другими словами, переменный ток или переменный ток). Однако большинство простых генераторов на самом деле вырабатывают постоянный ток — так как же им управлять?

Генераторы постоянного тока

Так же, как простой электродвигатель постоянного тока использует электричество постоянного тока (DC) для создания непрерывного вращательного движения, так и простой генератор постоянного тока производит стабильную подачу электричества постоянного тока, когда он вращается.Как двигатель постоянного тока, Генератор постоянного тока использует коммутатор. Звучит технически, но это всего лишь металлическое кольцо с трещинами в нем, которое периодически меняет местами электрические контакты катушки генератора, одновременно меняя направление тока. Как мы видели выше, простая проволочная петля автоматически меняет направление тока, которое он производит каждые пол-оборота, просто потому, что он вращается, а задача коммутатора — нейтрализовать эффект вращения катушки, обеспечивая создание постоянного тока.

Иллюстрация: Сравнение простейшего генератора постоянного тока с простейшим генератором переменного тока.В этой конструкции катушка (серая) вращается между полюсами постоянного магнита. Каждый раз, когда он поворачивается на пол-оборота, ток, который он генерирует, меняется на противоположный. В генераторе постоянного тока (вверху) коммутатор меняет направление тока на противоположное каждый раз, когда катушка перемещается на пол-оборота, отменяя реверсирование тока. В генераторе переменного тока (внизу) нет коммутатора, поэтому выходная мощность просто поднимается, опускается и меняет направление вращения при вращении катушки. Вы можете увидеть выходной ток от каждого типа генератора на диаграмме справа.

Генераторы переменного тока

Фотография: Генератор переменного тока — это генератор, который вырабатывает переменный ток (переменный ток) вместо постоянного (постоянного). Здесь мы видим механика, снимающего генератор с двигателя подвесной моторной лодки. Фото Есении Росас любезно предоставлено ВМС США.

Что делать, если вы хотите генерировать переменный ток (AC) вместо постоянного тока? Тогда вам понадобится генератор, который представляет собой просто генератор переменного тока. Самый простой вид генератора переменного тока похож на генератор постоянного тока без коммутатора.Когда катушка или магниты вращаются мимо друг друга, ток естественным образом растет, падает и меняет направление, давая на выходе переменный ток. Так же, как есть Асинхронные двигатели переменного тока, в которых для создания вращающегося магнитного поля используются электромагниты, а не постоянные магниты, поэтому существуют генераторы, которые работают за счет индукции аналогичным образом.

Генераторы в основном используются для выработки электроэнергии от двигателей транспортных средств. В автомобилях используются генераторы, приводимые в движение их бензиновые двигатели, которые заряжают свои аккумуляторов во время движения (переменный ток преобразуется в постоянный диоды или выпрямительные схемы).

Генераторы в реальном мире

Фото: Генератор ветряной турбины расположен сразу за лопастями ротора. (Это цилиндр справа). Фото Джо Смита любезно предоставлено NREL (Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

Производство электричества звучит просто — и это так. Сложность в том, что нужно приложить огромное количество физических усилий. для выработки даже небольшого количества энергии. Вы поймете это, если у вас есть велосипед с динамо-машиной. фары, работающие от колес: вам нужно немного крутить педали, чтобы фары светились — и это просто для производства крошечного количества электричества, необходимого для питания пара лампочек.Динамо — это просто очень маленькое электричество генератор. Напротив, на реальных электростанциях гигантские генераторы электричества приводятся в действие паровыми турбинами. Это немного похоже на вращающиеся пропеллеры или ветряные мельницы, приводимые в движение паром. Пар производится путем кипячения воды с использованием энергии, выделяемой при сжигании угля, масло или другое топливо. (Обратите внимание, как применяется сохранение энергии здесь тоже. Энергия, питающая генератор, поступает от турбина. Энергия, питающая турбину, поступает от топлива.А также топливо — уголь или нефть — изначально поступало с заводов, работающих на энергия Солнца. Суть проста: энергия всегда должна исходить от где-то.)

Какую мощность вырабатывает генератор?

Генераторы указаны в ваттах (измерение мощности, указывающее, сколько энергии производится каждую секунду). Как и следовало ожидать, чем больше генератор, тем большую мощность он производит. Вот приблизительное руководство от самого маленького до самого большого:

Тип Мощность (Вт)
Велосипед динамо 3
Генератор USB с ручным приводом 20
Ветряная микро турбина 500
Малый дизель-генератор 5000 (5 кВт)
Ветряная турбина (средняя) 2 000 000 (2 МВт)

Переносные генераторы

Фото: Переносной электрогенератор, работающий от дизель.Фото Брайана Рида Кастильо любезно предоставлено ВМС США.

В большинстве случаев мы принимаем электричество как должное. Мы включаем фонари, телевизоры или стиральные машины, не переставая думать, что электрическая энергия, которую мы используем, должна откуда-то поступать. Но что, если вы работаете на улице, в глуши, и нет источник электричества, который вы можете использовать для питания вашей бензопилы или вашего электрическая дрель?

Одна из возможностей — использовать аккумуляторные инструменты с аккумуляторы. Другой вариант — использовать пневматические инструменты, такие как отбойные молотки.Они полностью механические и питаются от сжатый воздух вместо электричества. Третий вариант — использовать переносной электрогенератор. Это просто небольшой бензиновый двигатель (бензиновый двигатель), похожий на компактный двигатель мотоцикла, с прилагается электрогенератор. Когда двигатель пыхтит, дожигая бензин, он толкает поршень взад и вперед, поворачивая генератор и вырабатывающий на выходе постоянный электрический ток. С участием с помощью трансформатора вы можете использовать такой генератор для производите практически любое напряжение, которое вам нужно, в любом месте, где оно вам нужно.В качестве пока у вас достаточно бензина, вы можете производить собственное электричество поставка на неопределенный срок. Но помните о сохранении энергии: кончится газа, и у вас кончится электричество!

Artwork: Генераторные технологии быстро развивались в 19 веке. Английский химик и физик Майкл Фарадей построил первый примитивный генератор в 1831 году. В течение нескольких десятилетий многочисленные изобретатели создавали практические электрические генераторы. Эта («динамо-электрическая машина») была разработана Эдвардом Уэстоном в 1870-х годах как способ «преобразовывать механическую энергию в электрическую с большей эффективностью, чем прежде.«Он имеет статическое внешнее кольцо из магнитов (синий) и вращающийся якорь (катушки) в центре (красный). Коммутатор (зеленый) преобразует генерируемый ток в постоянный. Из патента США 180 082 переиздание 8 141 Эдварда Уэстона, любезно предоставленного Управлением по патентам и товарным знакам США.

Рекламные ссылки

Узнать больше

На сайте

Возможно, вам понравятся эти другие статьи на нашем сайте по связанным темам:

Видео

  • Демонстрация электрического генератора ?: Превосходное короткое видео доктора Джонатана Хэра и Vega Science Trust очень ясно показывает, как перемещение катушки через магнитное поле может производить электричество.
  • Простой генератор: электрический генератор для научной выставки: Уильям Бити дает пошаговое руководство по созданию простого генератора с использованием простых для поиска компонентов (эмалированный провод, магниты, картон и т. Д.).
  • Велогенератор: Как привести в действие кухонный комбайн с помощью велосипеда, приводящего в действие генератор переменного тока (разновидность электрогенератора). Довольно изящный эксперимент, хотя комментарий мог бы быть немного яснее.

Книги

Для читателей постарше
Для младших читателей

Статьи

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2009, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2009/2020) Генераторы. Получено с https://www.explainthatstuff.com/generators.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Как работает динамо? | Технические советы

Как работает динамо?


Эндрю вырос на молочной ферме и завершил реконструкцию своего первого тракторного двигателя около 50 лет назад. Имея степень инженера, Эндрю, который сейчас на пенсии, успевает заняться восстановлением тракторов.В настоящее время занимается восстановлением тракторов IH ’61 B275, ’67 B434 — Эндрю внес вклад в Международную группу тракторов серии B и ряд учебных файлов в Международный клуб харвестеров Великобритании.

Ниже приводится упрощенное описание того, как динамо-машина вырабатывает электричество. Он предназначен только для обеспечения уровня детализации, необходимого для понимания того, что делают ключевые части и почему.


Терминология

Некоторые люди могут быть не уверены в значении различных используемых терминов, поэтому:

  • Вольт — единица «электрического давления», аналогичная давлению воды.
  • Ампер — аналог единицы «электрического потока». к потоку воды.
  • Мощность = вольт x ампер и измеряется в ваттах. (1000 Вт = 1 кВт, 746 Вт = 1 л.с.) Мощность — это всегда мощность. Не имеет значения, измеряется ли он в ваттах, лошадиных силах или британских тепловых единицах в час (БТЕ для бойлера), поскольку каждый из них имеет фиксированное отношение к другим.
  • Выключатель открыт — в отличие от открытия крана, позволяющего течь воде, открытый выключатель ОСТАНАВЛИВАЕТ электрический поток.Это эквивалентно переключению чего-либо ВЫКЛЮЧЕННЫЙ.
  • Выключатель замкнут — напротив выключателя разомкнут. Позволяет электричеству поток, эквивалентный включению чего-либо.

Динамо вырабатывает мощность, измеряемую как комбинацию напряжения и тока (ватты). При зарядке батареи напряжение динамо должно быть выше, чем у батареи, чтобы ток протекал, точно так же, как вода будет течь только из-за более высокого давления (что может просто быть высотой) на более низкую.В нижеследующем описании иногда описывается ток, потому что он протекает по проводу и является важным фактором, в то время как в других случаях используется напряжение, потому что это то, что «проталкивает» электричество по проводу и имеет первостепенное значение.


Первые принципы

Динамо-машины преобразуют внешнюю мощность в электрическую. «Бесплатных обедов не бывает» — чтобы получить энергию, сначала нужна мощность. в. Все электрические генераторы (магнето, динамо и генераторы переменного тока) и двигатели (постоянного и переменного тока) основаны на электромагнетизме. Магнето не рассматриваются в следующем описании, но основаны на постоянных магнитах для генерируют магнитное поле, а не электромагнит в динамо-машине.

«Когда провод проходит через магнитное поле, он генерирует ток. пропорциональна силе магнитного поля и скорости движения через это поле »

Это одно утверждение, возможно, трудное для понимания на во-первых, это основа всех вращающихся электрических генераторов — остальное — это разработка, чтобы создавать и контролировать магнитное поле, заставляя провода двигаться через это и получить электроэнергию во внешний мир.


Простое динамо

Это упрощенное изображение динамо-машины. Катушка возбуждения, когда через нее протекает электрический ток, превращает внешний железный каркас в электромагнит. Железный якорь замыкает магнитную цепь, как если бы гвоздь попал на конец подковообразного магнита. Чем больше тока протекает в катушке возбуждения, тем сильнее магнит, пока не будет достигнут максимум, зависящий от металла внутри катушки.
Обмотка якоря представляет собой петлю (один или несколько витков) изолированного провода, соединяющего два медных сегмента коммутатора вместе.Когда якорь вращается через магнитное поле, он генерирует ток в обмотке — этот ток затем проходит через сегменты коммутатора, через щетки и выходит из динамо-машины.


Настоящее динамо

Якорь может иметь практически любую форму — Рис. короткие по оси вращения, но типы динамо в автомобилях и тракторах это имеет тенденцию быть длиннее по сравнению с диаметром, как показано на рис. 2. Одиночная обмотка генерирует максимальную мощность только тогда, когда она движется под прямым углом. к магнитному полю — положение, показанное на рис.1.

Чтобы обойти эту проблему, настоящий динамо-якорь, показанный на рис. 2, имеет множество обмоток, расположенных в цилиндре, каждая обмотка имеет свою собственную пару сегментов коммутатора, составляющих коммутатор. Полюса якоря на этом рисунке эквивалентны к якорю на простой схеме и действовать, чтобы сфокусировать магнитное поле для каждой катушки. Клемма большего размера (иногда обозначается буквой «D») является соединением для выхода основного питания и внутренне соединена с одной из двух щеток коллектора.Вторая щетка коллектора соединена с корпусом динамо-машины.

Это пример пары новых кистей. На рис. 4 показана торцевая пластина динамо-машины Lucas. Грязь представляет собой угольную пыль из-за износа щеток при использовании. Спиральные пружины прижимают щетки к коммутатору, и их электрический соединительный провод прикручивается к металлической отливке (сторона заземления динамо-машины) или к клемме «D», видимой снаружи.

Конец динамо-машины имеет два вывода. Меньшая из двух — это обмотка возбуждения (иногда обозначается «F») с стандартное лопаточное соединение ¼ ”.Другой конец катушки возбуждения внутри соединен с корпусом динамо-машины. Более крупная клемма (иногда обозначается буквой «D») является главным выходным разъемом питания и внутренне соединена с одной из двух щеток коллектора. Вторая щетка коллектора соединена с корпусом динамо-машины.


Путь все вместе

Если вы до сих пор следовали объяснению, у вас есть наверное, выяснилось, что есть две вещи, которые влияют на максимальную мощность любого данная динамо может произвести

  1. Насколько быстро он вращается (производительность пропорциональна скорости резки магнитное поле), и это будет зависеть от оборотов двигателя.
  2. Сила магнитного поля, и это зависит от того, какой ток течет в катушке возбуждения.

Для предотвращения перезарядки аккумулятора выход динамо необходимо регулировать. Это делает, что неудивительно, регулятор (иногда называемый контроллером или блоком управления), который изменяет катушку возбуждения ток по мере необходимости. Эта диаграмма представляет собой очень упрощенное объяснение сложной электромеханический блок.Заземление динамо-машины осуществляется через корпус, крепление и шасси автомобиля.

Когда динамо-машина неподвижна или начинает вращаться, переключатель «1» разомкнут. изолирует батарею от динамо-машины, и переключатель «2» замкнут, чтобы соединить динамо-машину выход непосредственно на катушку возбуждения. Стальной сердечник катушки возбуждения динамо-машины имеет небольшой остаточный магнетизм, который позволяет генерировать небольшой ток и подается через переключатель’2 ’на обмотку возбуждения, что еще увеличивает выходную мощность. дальше и так далее.Когда динамо-машина вырабатывает переключатель достаточно высокого напряжения «1» закрывается, и начинается зарядка аккумулятора. В конце концов, выход динамо-машины должен быть уменьшенным, потому что выходной ток и / или напряжение слишком высоки, и поэтому переключите «2» открывается для уменьшения тока возбуждения для компенсации. Этот объяснение не на 100% верно, но достаточно близко, чтобы объяснить, что происходит — полное объяснение является частью степени в области электротехники!


Чтобы понять, как проверить, работает ли ваша динамо-машина, прочтите следующую часть этой серии: «Тестирование динамо-регулятора»

СТАТЬЯ, ПРЕДСТАВЛЕННАЯ ЭНДРЮ ЧАПМЕНОМ

© ANDREW CHAPMAN & ANGLO AGRIPARTS LTD

Условия лицензии

Вы можете: обмениваться, копировать и распространять материал в исходном формате для любых целей при соблюдении условий лицензии, приведенных ниже:

  • Указание авторства — вы должны указать должным образом и предоставить ссылку на исходную статью в разумной и видимой форме
  • Вы никоим образом не можете предлагать лицензиару одобрить вас или ваше использование.
  • Без производных — Материал должен распространяться полностью, включая отказ от ответственности, вы не можете распространять или передавать измененный материал.
  • Никаких дополнительных ограничений — Вы не можете применять юридические положения, которые юридически ограничивают других делать все, что разрешено лицензией.
  • Никаких гарантий не дается. Лицензия может не предоставлять вам все разрешения, необходимые для предполагаемого использования. Например, другие права, такие как публичность, неприкосновенность частной жизни или неимущественные права, могут ограничивать использование вами материала.
Заявление об ограничении ответственности

Anglo Agriparts, ни какие-либо из таких рецензентов или авторов контента не предоставляют никаких гарантий в отношении точности любой информации на этом веб-сайте и не могут нести ответственность за любые ошибки или упущения. Информация в этой статье предназначена только для общих информационных целей. Он не является юридическим, техническим и / или коммерческим советом, и на него нельзя полагаться как таковой. Конкретный совет всегда следует запрашивать отдельно.Несмотря на все усилия авторов, информация, представленная в этой статье, может быть неточной, актуальной или применимой к обстоятельствам любого конкретного случая. Ни Anglo Agriparts, ни автор этой статьи не делают никаких заявлений и не дают никаких гарантий относительно полноту или точность информации, содержащейся в настоящем документе, и не несет ответственности за убытки или ущерб, возникшие в результате ее использования, независимо от того, исходит ли такая информация от Anglo Agriparts или наших участников.Anglo Agriparts не контролирует содержимое любого другого веб-сайта, доступ к которому осуществляется через этот веб-сайт, и не несет ответственности за какие-либо убытки или ущерб, возникшие в результате использования содержимого таких веб-сайтов. Ни Anglo Agriparts, ни какие-либо рецензенты или разработчики контента на веб-сайте не несут ответственности перед каким-либо лицом за любые убытки или ущерб, которые могут возникнуть в результате использования информации, содержащейся в этой статье или на этом веб-сайте. Эти исключения ответственности не распространяются на ущерб, возникший в результате смерти или телесных повреждений, вызванных халатностью компании Anglo Agriparts или любого из ее сотрудников или агентов, а также рецензента или автора контента.

Bigshot: Learn — Power Generator

Динамо

Рисунок 5: Простая динамо-машина

Динамо-машина — это устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую. На рисунке 5 показана конструкция простого динамо-машины. Катушка из проводящего провода расположена между северным и южным полюсами двух постоянных магнитов. Когда катушка неподвижна, напряжение не индуцируется. Но когда катушка вращается, она испытывает изменяющееся магнитное поле.Это вызывает напряжение внутри катушки.

Для первой половины оборота левая сторона катушки поворачивается за северный полюс левого магнита, а за вторую половину оборота она поворачивается за счет южного полюса правого магнита. В результате для первой половины катушки генерируется напряжение одной полярности (положительной или отрицательной), а для второй половины напряжение имеет противоположную полярность. Этот тип напряжения, который переключается с положительного на отрицательное, называется переменным напряжением .На рисунке 6а показано типичное переменное напряжение синусоидальной формы, генерируемое в динамо-катушке. Высота синусоидальной волны, которая представляет силу напряжения, индуцированного в катушке, зависит от силы магнитного поля, количества витков в катушке и скорости вращения катушки [1].

Вращающаяся катушка динамо-машины подключена к цепи, которую она питает, с помощью коммутатора [2]. Коммутатор состоит из двух полуцилиндров из гладкого проводящего материала, разделенных небольшим зазором.Каждый полуцилиндр постоянно прикреплен к одному концу вращающейся катушки, и коммутатор вращается вместе с катушкой. Две неподвижные щетки , обычно из угля, прижимаются к вращающемуся коммутатору. Щетки действуют как выводы (выходы) динамо-машины.

Рисунок 6a: Наведенное напряжение Рисунок 6b: Выпрямленное напряжение

Коммутатор не только выполняет роль выводов катушки, генерирующей электричество, но и выполняет еще одну очень важную функцию.Он предотвращает изменение напряжения, генерируемого динамо-машиной, между положительным и отрицательным. Каждая щетка скользит по двум половинкам коммутатора, переключая половины в тот момент, когда напряжение в катушке меняет полярность. Это гарантирует, что напряжение, создаваемое динамо-машиной, больше не будет колебаться между положительным и отрицательным, а всегда будет положительным. Этот тип напряжения называется постоянное напряжение и показан кривой на рисунке 6b. Этот процесс, при котором переменное напряжение преобразуется в постоянное, называется выпрямлением , [3].

Список литературы

Генераторы | HowStuffWorks

Если вы когда-либо перемещали скрепки с помощью магнита или убивали время, укладывая металлическую стружку в бороду на игрушке «Шерстяной Вилли», то вы баловались основными принципами, лежащими в основе даже самых сложных электрических генераторов. Магнитное поле, отвечающее за выстраивание всех этих маленьких кусочков металла в правильную стрижку ирокез, связано с движением электронов. Подвиньте магнит к скрепке, и вы заставите электроны в скрепке двигаться.Точно так же, если вы позволите электронам перемещаться по металлической проволоке, вокруг нее образуется магнитное поле.

Благодаря Вули Вилли мы видим определенную связь между явлениями электричества и магнетизма. Генератор — это просто устройство, которое перемещает магнит рядом с проводом для создания постоянного потока электронов. Действие, которое заставляет это движение, сильно варьируется, от ручных кривошипов и паровых двигателей до ядерного деления, но принцип остается тем же.

Один из простых способов представить генератор — это представить, что он действует как насос, проталкивающий воду по трубе. Только вместо того, чтобы толкать воду, генератор использует магнит, чтобы толкать электроны. Это небольшое упрощение, но оно дает полезную картину свойств, работающих в генераторе. Водяной насос перемещает определенное количество молекул воды и оказывает на них определенное давление. Таким же образом магнит в генераторе толкает определенное количество электронов и оказывает на них определенное «давление».

В электрической цепи количество движущихся электронов называется амперами или током , и оно измеряется в амперах . «Давление», толкающее электроны, называется напряжением и измеряется в вольт . Например, генератор, вращающийся со скоростью 1000 оборотов в минуту, может выдавать 1 ампер при 6 вольт. 1 ампер — это количество движущихся электронов (1 ампер физически означает, что 6,24 x 10 18 электронов перемещаются по проводу каждую секунду), а напряжение — это величина давления за этими электронами.

Генераторы составляют основу современной электростанции. В следующем разделе мы рассмотрим, как работает одна из этих станций.

СОЛНЕЧНЫЙ ДИНАМО

СОЛНЕЧНЫЙ ДИНАМО
Солнечное динамо.

Краткое описание магнитного поля Солнца.

Как и Земля, у Солнца есть магнитное поле. Фактически, можно представить, что Солнце — это большой магнит с северным полюсом. и южный полюс. Однако это очень упрощенная картина. Если мы посмотрим на Солнце более внимательно с помощью спутников или телескопов, мы обнаружим, что магнитное поле намного больше. сложный.Кроме того, магнитное поле Солнца постоянно меняется во времени. Это показано в следующем фильме.

Принципиальная схема Солнца как магнита. Магнитные поля на Солнце.

О том, что у Солнца есть магнитное поле, было известно только около 100 лет. Это было открыто в 1908 году американским астрономом Джорджем Эллери Хейлом (1868-1938). Ему удалось показать, что пятна — это области на поверхности Солнца, которые имеют очень сильное магнитное поле.Это было первое свидетельство магнитное поле Солнца.

Солнечные пятна являются наиболее заметным магнитным элементом на поверхности Солнца (иногда их можно увидеть невооруженным глазом). Количество видимых пятен на солнечной поверхности меняется довольно регулярно во времени. Количество солнечных пятен увеличивается и уменьшается в течение 11 лет. Это называется солнечный цикл. Более того, положение пятен также меняется во времени. За 11 лет, то есть за один солнечный цикл, пятна перемещаются с высокой широты до экватора.Построив график положения солнечных пятен в зависимости от времени, мы получим так называемые диаграммы бабочек. Этот Поведение солнечных пятен дает нам важные подсказки о том, как магнитное поле ведет себя в пространстве и во времени. Поскольку солнечные пятна являются областями сильного магнитного поля, мы можно сделать вывод, что само магнитное поле должно увеличиваться и уменьшаться во времени и что магнитное поле должно перемещаться от средних широт к экватору.

Все эти наблюдения вызывают один большой вопрос. Как туда попадает солнечное магнитное поле, т.е. как он генерируется? Поскольку Солнце полностью состоит из плазмы, Сразу видно, что в нем не может быть большого огромного магнита. Более того, нам также необходимо объяснить, почему магнитное поле изменяется во времени и почему оно движется. На все эти вопросы пока нет полного ответа. Ученые сходятся во мнении, что магнитное поле создается механизмом под названием солнечной энергии. динамо и что это динамо также отвечает за все изменения магнитного поля.

Однако прежде чем мы объясним, как работает солнечное динамо, давайте сначала кратко рассмотрим механические динамо.

Механическое динамо.

Что такое динамо-машина?

Динамо-машина, также называемая электрическим генератором, — это просто машина, преобразующая механическую энергию в электричество. Динамо чаще всего найдены внутри электростанций. Они вырабатывают электричество, необходимое для обогрева вашего дома, просмотра телевизора, прослушивания радио и т. Д. Механическая энергия, приводящая в действие динамо-машину. могут быть получены из различных источников, таких как, например, ветряные турбины, водяные турбины на плотинах и паровые турбины.

Как это работает?

Самым простым из всех динамо является дисковое динамо, разработанное Майклом Фарадеем (1791-1867). Он состоит из медного диска, установленного так, что часть диска от центра к краю, находится между полюсами подковообразного магнита.

Принципиальная схема дискового динамо

Когда вы начинаете вращать диск, электроны начинают двигаться от центра диска к краю диска, и вы получаете электрический ток.Поток электронов это возможно, потому что в металлах (в отличие от плазмы) электроны не связаны с атомами и могут свободно перемещаться. Этот способ Генерация электрических токов основана на физическом принципе, называемом электромагнитной индукцией. Этот принцип гласит, что если проводник (здесь вращающийся диск) движется через магнитное поле (здесь создается подковообразный магнит) получается электрический ток. Закон электромагнитной индукции: часто упоминается как закон Фарадея .

Однако существует другой физический принцип, согласно которому движущиеся электроны, то есть электрические токи, создают магнитные поля. Физики называют это Ампера. закон в честь французского физика Андре Мари Ампера (1775-1836). Следовательно, вышеуказанное дисковое динамо генерирует не только электрические токи, но также и некоторое магнитное поле. Как мы видим, электрические токи и магнитные поля очень тесно связаны. Проще говоря, мы можем сказать, что электрические токи создают магнитные поля, и наоборот, что магнитные поля генерируют электрические токи.

Описываемая здесь динамо-машина — это простейший электрический генератор, который можно построить. В реальном мире такая динамо-машина могла бы обеспечивать электричеством фары. на вашем велосипеде. Динамо-машины на электростанциях — гораздо более сложные машины, но они по-прежнему работают точно так же, как описано выше.

Динамо на солнце.

Где находится солнечная динамо-машина?

Сегодня большинство солнечных физиков считают, что солнечное динамо находится либо на дне конвективной зоны, либо в тонком слое. регион называется зоной перерегулирования.Зона выброса расположена между конвекционной зоной и радиационная зона.

Как работает солнечная динамо-машина?

Поскольку внутри Солнца нет магнитов или вращающихся колес, вы, вероятно, задаетесь вопросом, как работает солнечное динамо. Чтобы понять, как Солнце генерирует магнитные поля у вас в основном нужно запомнить только два факта. Во-первых, зона конвекции состоит из плазмы, т.е. газа, содержащего электрически заряженные частицы. Во-вторых, плазма в зоне конвекции непрерывно движется.Поскольку плазма движутся, заряженные частицы движутся, и мы получаем электрические токи. Однако электрические токи генерируют магнитные поля ( закон Ампера ), как мы уже упоминали. выше. Эти магнитные поля, в свою очередь, генерируют электрические токи ( закон Фарадея ), и поэтому мы получаем следующую петлю: электрический ток — магнитное поле — электрический ток — магнитное поле — электрический ток — магнитное поле и т. д. и т. д. Пока эта петля не прервана, Солнце всегда будет создавать магнитные поля.

Однако это очень упрощенная картина солнечного динамо. Эта картина ничего не говорит вам о свойствах движения плазмы. Поток Чтобы динамо работало, плазма должна обладать определенными свойствами. Эти свойства:
  1. Поток должен быть турбулентным. Ламинарный поток не работает. Таким образом, движения плазмы должны больше походить на движение воды в кипящем чайнике, чем на воду, вытекающую из кухонного крана.
  2. Поток должен быть полностью трехмерным.Струя воды, выходящая из кухонного крана, одномерна, то есть течет только в одном направлении. Вы можете представить себе двухмерный поток?
  3. Поток должен быть винтовой. Под этим мы подразумеваем, что поток должен следовать по спирали.
Таким образом, нам нужны очень сложные потоки, чтобы создавать какие-либо магнитные поля. Другой важный компонент динамо-действия — это дифференциальное вращение, т. Е. Дело в том, что Солнце на экваторе вращается быстрее, чем на полюсах.Другими словами, скорость вращения Солнца зависит от широты (но также и от радиуса). Так зачем нам нужны такие сложные потоки и дифференциальное вращение, чтобы солнечное динамо работало?

Давайте посмотрим на магнитные поля и солнечное динамо по-другому. Представьте, что магнитные поля ведут себя как резиновые ленты. Таким образом, как и резинки, их можно сделать сильнее, растягивая их, скручивая и складывая обратно на себя. Это растяжение, скручивание и складывание происходит за счет движений плазмы внутри солнечной зона конвекции.Теперь, чтобы напряженность магнитного поля увеличивалась, растяжение, скручивание и складывание должны происходить точно в правильном направлении. Движения Плазма должна преобразовать меридиональное магнитное поле в азимутальное магнитное поле . Меридиональное магнитное поле — это, по сути, поле, указывающее с севера на юг или с юга на север, в то время как азимутальное магнитное поле направлено с востока на запад или наоборот. Как только это будет сделано, поток плазмы должен делать наоборот, т.е. преобразовать азимутальное магнитное поле в меридиональное . Получается еще одна петля: меридиональное магнитное поле — азимутальное магнитное. поле — меридиональное магнитное поле — азимутальное магнитное поле и т. д. и т. д. И снова Солнце будет создавать магнитное поле, пока этот цикл не прерывается.
Сообщите нам, опишите, как поток плазмы достигает этой петли. Во-первых, дифференциальное вращение Солнца растягивает магнитное поле и наматывает его вокруг Солнца. Этот растяжение преобразует меридиональное магнитное поле и растягивает его в азимутальное магнитное поле (см. рисунок ниже).Это происходит только потому, что Солнце вращается. быстрее на экваторе, чем на полюсе. Если бы Солнце повсюду вращалось с одинаковой скоростью (это называется вращение твердого тела, ), ничего бы не случилось с магнитное поле и динамо не работали. Эффект растяжения магнитного поля за счет дифференциального вращения часто называют омега-эффектом .
Теперь, когда мы растянули меридиональное магнитное поле в азимутальное магнитное поле, нам нужно сделать обратное.Это делается с помощью альфа-эффекта , который должен взаимодействию конвекции и вращения. Альфа-эффект в основном берет азимутальное магнитное поле, создаваемое омега-эффектом, и преобразует его обратно в меридиональный поток. В настоящее время не совсем понятно, как именно это работает.
Это сложное растяжение, скручивание и складывание требует сложного потока. Простой поток, например одномерный ламинарный поток, не может этого сделать.

Азимутальные поля
Меридиональные поля.
Омега-эффект.

Темы передовых исследований, связанные с солнечным динамо.

Многие аспекты солнечной динамо-машины до сих пор не изучены. Вот лишь несколько проблем, над которыми ученые работают в настоящее время:

  1. До сих пор не совсем понятно, где находится солнечная динамо-машина. он сидит в зоне конвекции или в зоне превышения?
  2. Альфа-эффект работает или не работает.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.