Ең қарапайым динамо машинасының схемасы және сипаттамасы. Діни қызметкердің өмірінің үзінділері. Динамомен жұмыс істейтін фараның диаграммасы

Танымал техникалық құрылғылардың бірі - велосипед динамосы. Бұл құрылғының нақты қандай түрлері бар, ол не үшін қолданылады және олардың ерекшеліктері.

Велосипед динамосының түрлері

Велосипед динамосы - велосипедке орнатылған электр құрылғыларын қуаттандыру үшін энергия өндіретін электр генераторы, мысалы, фаралар немесе навигатордың қуат көзі.

Бүгінгі таңда велосипед динамоларының екі түрі кеңінен қолданылады, атап айтқанда: бөтелкелік динамос және хаб динамо.

Түріне қарамастан, екеуі де катушка ішіндегі магнитті айналдыру арқылы электр энергиясын жасайды. Осылайша, велосипед динамоларында арматура қозғалмайтын элемент болып табылады, ал статор айналады.

Бұл түр өз атауын қарапайым бөтелкеге ​​сыртқы ұқсастығына байланысты алды. Велосипедтерге арналған бөтелкелік динамо машинасы Кеңес Одағы кезінде біздің елімізде ең көп таралған. Оның даусыз артықшылықтары бар, олар мыналарды қамтиды:

• Орнату және бөлшектеу оңай;
• Өшіру мүмкіндігі;
• Төмен баға.

Сонымен қатар, бөтелке түрінің кемшіліктері бар, бұл кейбір жағдайларда оны орнатуды қалаусыз немесе тіпті мүмкін емес етеді. Олар мыналарды қамтуы керек:

• Орнату шанышқыдағы асимметриялық массаның пайда болуына әкеледі;
• Жұмыс кезінде шудың жоғарылауы;
• Салыстырмалы түрде төмен қуат шығысы;
• Қозғалысқа қарсылық;
• Қолайсыз ауа-райы жағдайында тиімділіктің төмендеуі;
• Шиналардың тозуының жоғарылауы.

Барлық аталған кемшіліктер дизайн ерекшеліктерімен алдын ала анықталған және түбегейлі өзгерістерсіз оларды жою мүмкін емес.

Екінші түрі, оның танымалдығы үнемі өсіп келеді, бұл динамо втулкасы деп аталады.

Бұл жағдайда велосипед динамосы құрылымдық түрде доңғалақ торы ретінде жасалған. Мұндай генераторлардың шығыс кернеуі екі, кейде үш ваттқа дейін қуаты бар шамамен алты вольтты құрайды.

Велосипед үшін мұндай динамоның барлық артықшылықтары онымен анықталады дизайн ерекшелігі. «Артықшылықтары» мыналарды қамтиды:

• Мүлдем үнсіз. Бұл дөңгелекке арналған хаб түріндегі дизайн арқасында қол жеткізіледі;
• Динамо үйкеліс күшін пайдаланбай жұмыс істейді, сондықтан шиналардың және басқа бөлшектердің тозуына әсер етпейді;
• Толық теңдестірілген дизайн шанышқыдағы теңгерімсіздікті жояды;
• Жоғары тиімділік. Үйкеліс беттері болмағандықтан, кез келген ауа-райында сырғанау болмайды;
• Велосипедтің болат құрылымынан толық оқшаулау электр тізбегісымдар.

Дегенмен, динамо хабын өшіру мүмкін емес, ол қозғалған кезде үнемі жұмыс істейді. Кейбір сарапшылар бұл нүктені кемшілік деп санайды, бірақ объективті түрде, жүктеме өшірілгенде, динамо дөңгелектің айналу еркіндігіне әсер етпейді, сондықтан өшіру мүмкін еместігін кемшілік деп санау мүлдем дұрыс емес. . Тағы бір мәселе - жоғары масса, бірақ идеалды теңестіру кезінде бұл тәжірибеде байқалатындай дәрежеде велосипедтің жүргізу қабілетіне әсер етпейді. Жалғыз маңызды кемшілік - дизайнның бағасы мен күрделілігі, сондай-ақ мұндай генераторды орнату үшін бүкіл дөңгелекті сұрыптау қажет, бұл сөзсіз белгілі бір дағдылар мен дайындықты қажет етеді.

Сонымен, екі доңғалақты досыңызға динамоны таңдағанда, қауіпсіздікті, сенімділікті есте сақтаңыз және қаржылық мүмкіндіктеріңізге назар аударыңыз. Велосипедтің қандай динамикаға ие болатыны, әрине, сізге және басқа ешкімге байланысты емес.

Генератордың бұл түрі танымал бола бастағандықтан, оның білу және түсіну қажет кейбір ерекшеліктерін қарастырайық.

Біріншіден, бөтелке генераторы тікелей электр тогын шығарса, велосипед торабы динамосы айнымалы кернеуді тудырады. Айырмашылық неде? Электродинамикаға тереңірек бармай-ақ, оны анықтауға тырысайық.

Тұрақты токтың полюстері бар: «плюс» және «минус». Мұндай ток әрқашан бір бағытта плюс минусқа қарай ағады. Айнымалы кернеудің полярлығы жоқ. Кәдімгі қыздыру шамының жануы үшін токтың тікелей немесе ауыспалы болуы маңызды емес. Бірақ жарықдиодты фаралар үшін бәрі басқаша: жарық диодтары ток тұрақты және дұрыс қосылған жағдайда ғана жұмыс істейді. Егер сіз велосипедке динамо хабын орнатсаңыз, онда жарықдиодты фараны арнайы түзеткіш көпір арқылы қосу керек. Бұл тұрақты ток көзінен қуат алатын кез келген энергия тұтынушыларына қатысты болады.

Хаб динамо орнату

Бөтелке генераторын орнату кезінде қиындықтар болмайды, бірақ велосипедке арналған хаб генераторы сізді жұмыс істеуге мәжбүр етеді.

Ең алдымен, мұндай генератордың дизайнының өзі тіреуіш втулка ретінде орнатуды қарастыратындықтан, дөңгелекті алып тастауға және толығымен бөлшектеуге тура келеді. Алдымен қысқартылған тоқылған инелердің жиынтығына қамқорлық жасаңыз. Толық бөлшектегеннен кейін жиекті хабқа бекіту үшін қысқа спицтерді пайдаланыңыз. Оны біркелкі және біркелкі орнатуға тырысыңыз, спицтерді бірте-бірте қатайтыңыз, содан кейін оны ақырында шеңберді нығайту үшін қатайтыңыз. Содан кейін сіз тепе-теңдікті сақтап, жүгіру мен теңгерімсіздікті тексеруіңіз керек.

Назар аударыңыз! Бөтелке түріндегі генераторда денеде минус қуат көзі бар. Динамо концентраторының корпуспен электрлік байланысы жоқ, сондықтан электр сымдарын толығымен оқшаулауға немесе өткізгіштердің бірі ретінде металл жақтауды пайдалануға болады. Егер түзеткіш көпір орнатылса, одан кейін жақтауды бекіту керек.

Мен фонарь мен артқы шамдарды қуаттандыру үшін осы фрикционды велосипед генераторын велосипедіме жасадым. Мен Интернеттен осы педаль генераторы жобасының идеясын және көптеген ақпаратты таптым.

Мен жақында жұмысқа және қалаға бару үшін велосипед сатып алдым және қауіпсіздік мақсатында шам керек деп шештім. Менің алдыңғы жарығым 2 AA батареясынан, ал артқы жарығы 2 AAA батареясынан қуат алды, нұсқауларда алдыңғы жарық 4 сағатқа, ал артқы жарығы жыпылықтау режимінде 20 сағатқа созылатынын айтты.

Бұл жақсы көрсеткіштер болса да, батареялар дұрыс емес уақытта таусылмас үшін олар әлі де біраз назар аударуды қажет етеді. Мен бұл велосипедті оның қарапайымдылығы үшін сатып алдым, бір жылдамдық менің жай секіре алатынымды білдіреді, бірақ батареяларды үнемі ауыстыру қымбатқа түседі және пайдалануды қиындатады. Велосипедке динамизм қосу арқылы мен жүру кезінде батареяларды зарядтай аламын.

1-қадам: қосалқы бөлшектерді жинау

Егер сіз өзіңіздің қолыңызбен динамо машинасын жасағыңыз келсе, онда сізге бірнеше нәрсе қажет болады. Міне, олардың тізімі:

Электроника:

1. 1x қадамдық мотор - Мен өзімді ескі принтерден алдым
2. 8 диод - 1N4001 пайдаланылған жеке қуат блогын қолдандым
3. 1x Кернеу реттегіші – LM317T
4. 1x ПХД бар әзірлеу тақтасы
5. 2 резистор - 150 Ом және 220 Ом
6. 1x радиатор
7. 1x Батарея қосқышы
8. Қатты сым
9. Оқшаулағыш таспа

Механикалық бөлшектер:

• 1x велосипед шағылыстырғыш ұстағышы - шамдарды қосқан кезде мен оны велосипедтен алып тастадым.
• Алюминий бұрыштық дайындама, сізге ұзындығы шамамен 15 см бөлік қажет
• Кішкентай гайкалар мен болттар - Мен принтердің бұрандаларын және басқа пайдаланылған бөлшектерді қолдандым
• Кішкентай резеңке доңғалақ - қадамдық қозғалтқышқа бекітіледі және айналу кезінде дөңгелекке үйкеледі.

Құралдар:

• Dremel - бұл мүлдем қажет емес, бірақ ол сіздің өміріңізді айтарлықтай жеңілдетеді.
• Бұрғылар мен қашаулар
• Файл
• Бұрауыштар, кілттер
• Велосипедке бәрін қоймас бұрын тізбекті сынауға арналған тақта.
• Мультиметр

2-қадам: Схеманы құру

Тағы 10 суретті көрсету

Велосипедке арналған динамоның сызбасын құрастырайық. Барлығын бірге дәнекерлеуден бұрын бәрін сынап көрген дұрыс, сондықтан мен алдымен бүкіл схеманы дәнекерлеусіз нан тақтасында жинадым. Мен қозғалтқыш қосқышы мен диодтардан бастадым. Мен принтердің платасынан қосқышты ажыраттым. Диодтарды осы бағытта орналастыру қозғалтқыштан келетін айнымалы токты тұрақты токқа өзгертеді (оны түзетеді).

Қадамдық қозғалтқыштың екі катушкасы бар және сіз әрбір катушка диодтық банктердің бірдей жинағына қосылғанына көз жеткізуіңіз керек. Қозғалтқыштың қандай сымдары бір катушка қосылғанын білу үшін сымдар арасындағы контактіні тексеру керек. Бірінші орамға екі сым, ал екіншісі екінші катушкаға қосылады.

Схеманы дәнекерлеусіз нан тақтасына жинағаннан кейін, оны тексеріңіз. Менің қозғалтқышым қалыпты велосипедпен жүру кезінде 30 вольтқа дейін өндірді. Бұл 24 В қадамдық қозғалтқыш, сондықтан оның тиімділігі маған ақылға қонымды болып көрінеді.

Кернеу реттегіші орнатылған кезде шығыс кернеуі 3,10 вольт болды. Резисторлар шығыс кернеуін басқарады, мен 3,08 вольтты шығару үшін 150 және 220 Ом опцияларын таңдадым. Сандарымды қалай есептегенімді көру үшін осы LM317 кернеу калькуляторын қараңыз.

Енді бәрін дәнекерлеу керек баспа схемасы. Ұқыпты қосылымдар жасау үшін мен шағын өлшемді дәнекерлеуді қолдандым. Ол тезірек қызады және жақсы байланыс береді.

.Pdf файлында сіз барлығының ПХД-де қалай қосылғанын табасыз. Қисық сызықтар - сымдар, ал қысқа қара түзу сызықтар - секіргіштерді дәнекерлеу керек жерде.

Файлдар
Файлдар

3-қадам: Моторды орнату

Қозғалтқыш қондырғысы алюминий бұрышынан және шағылыстырғыш кронштейннен жасалған. Қозғалтқышты орнату үшін алюминийге тесіктер бұрғыланды. Бұрыштың бір жағы дөңгелекке орын жасау үшін кесілген.

Доңғалақ дөңгелекті тікелей жабысқақ таспаға итеру үшін қосылым жеткілікті тығыз болғанша қозғалтқыш білігіне жабысқақ таспаны орау арқылы бекітілді. Бұл әдіс жақсы жұмыс істейді, бірақ болашақта оны жақсарту қажет.

Мотор мен доңғалақ алюминийге бекітілгеннен кейін, мен бәрін орнату үшін жақтауда жақсы орын таптым. Мен дайындаманы отыратын түтікке бекіттім. Менің велосипедімнің жақтауы 61 см, сондықтан генератор орнатылған аймақ кішігірім велосипедтермен салыстырғанда өте үлкен. Оны тек велосипедтен табыңыз ең жақсы жергенераторды орнату үшін.

Мен қолайлы орынды тапқаннан кейін, мен алюминий кронштейнге шағылыстырғыш кронштейнді өлшемге қарай кесуге болатындай етіп белгіледім. Содан кейін мен кронштейн мен алюминийде тесіктерді бұрғылап, құрылымды велосипедке орнаттым.

Мен жобалық қорапты екі бағанасы бар алюминий тірекке бекіту арқылы 12 вольтты велосипед генераторын құрастыруды аяқтадым.

4-қадам: сымдарды қосу

Велосипед динамосы жиналды, енді сізге сымдарды шамдарға жалғау жеткілікті. Мен сымдардың ұштарын батарея терминалдарынан өткен фараға итеріп жібердім, содан кейін сымдарды өткізу үшін фараның корпусында тесік бұрғыладым. Содан кейін сымдар батарея қосқышына қосылды. Сондай-ақ, сымдар үшін жобалық қорапта тесіктер жасау керек.

Күріш. 1. Фарад дискісі I

Осы сериядағы алдыңғы мақалаларда 19 ғасырдың басында жасалған, бір белгілі көзден қуат алатын алғашқы электр қозғалтқыштары қарастырылды - гальваникалық батарея. Бу машиналарын электрлілерге ауыстыруға кедергі болатын мұндай электрохимиялық көздің экономикалық тиімділігінің төмендігі өнертапқыштарды электр энергиясын өндірудің басқа, электромеханикалық әдістерін іздеуге мәжбүр етті. Бұл мақалада тұрақты ток электр генераторларын құру процесі көрсетілген, нәтижесінде оң кері байланыстың әсерінен өздігінен қозу құбылысы ашылды, ол динамо принципі деп аталады.

Бірінші электромеханикалық генераторды Фарадей 1832 жылы электромагниттік индукция заңын ашқаннан кейін бірден ұсынды (1-сурет). Фарадей дискісінің құрамында: жылқы магниті түріндегі статор - 1 және мыс дискі (ротор) - 2, осі мен жиегіндегі жылжымалы контактілермен жабдықталған.

Диск магнит өрісінде айналғанда, онда тұрақты таңбалы ЭҚК индукцияланады, бұл индукцияланған токтар, оң қол ережесіне сәйкес радиалды ағу, яғни ось пен жиек арасында (бұл жағдайда төменнен жоғарыға қарай). Ленц ережесіне сәйкес индукциялық токтар магнит ағынына қарсы тұратын магнит ағынын жасайды, яғни дискінің айналу осі бойымен бағытталған. Бұл әлі де үлкен токтарды генерациялау үшін пайдаланылатын жалғыз белгілі бір полярлы тұрақты ток генераторы. Қалған тұрақты ток генераторлары шығысында түзеткіш (коммутатор) бар айнымалы ток генераторлары болып табылады.

Күріш. 2. Pixie генераторы

Алғашқы айнымалы ток генераторын сол 1832 жылы Францияда шебер Ипполит Пиксии салған. 27 жылдық қысқа ғұмырында Пикси көптеген ғылыми құралдарды, соның ішінде дилатометриялық термометр мен вакуумдық сорғыны жасады. Pixie генераторы суретте көрсетілген. 2, мұнда олар көрсетілген: 1 – тізбектей қосылған екі катушкасы бар статор, 2 – тұрақты магниті бар ротор, 3 – щеткалы коммутатор (түзеткіш). Айналмалы магниттің қуат желілері катушкалардың орамдарын кесіп өтіп, оларда гармоникаға жақын эмф индукциялайды. Катушкалар мен айналмалы магнит идеясы Фарадейге хат жіберген өнертапқышқа тиесілі, ол латын әріптерімен P.M. Өнертапқыштың ықтимал есімі Фредерик Мак-Клинток ұзақ уақыт бойы белгісіз болып қалды. Фарадей бұл хатты бірден ғылыми журналда жариялады. Дегенмен, бұл құрылғы айнымалы токты тудырды, ал 19 ғасырдың басында тек тұрақты ток пайдаланылды. Сондықтан, Пикси Ампердің кеңесі бойынша оны щетка коммутаторымен жабдықтады. Пикси генераторын Э.Х.Ленц 1833 жылы ашқан электр машинасының қайтымдылық принципін дәлелдеу үшін пайдаланды. Дегенмен, ұзақ уақыт бойы қозғалтқыштар мен генераторлар бөлек дамыды.

1842 жылы теңіз шахталары үшін жоғары вольтты қашықтан сақтандырғышты жасау кезінде Якоби статорға магниттерді және роторға ораманы орналастыруды ұсынды, бұл генератордың жинақылығын арттырды. Jacobi генераторы суретте көрсетілген. 3, мұнда олар көрсетілген: 1 – екі тұрақты магниті бар статор, 2 – білік, 3 – якорь (орамасы бар ротор), 4 – коммутатор, 5 – көбейткіш, яғни ротордың айналу жиілігін арттыруға арналған күшейткіш беріліс қорабы.

Күріш. 3. Якоби генераторы

Ағылшын инженері Фредерик Холмс өзі патенттеген доғалық шамды қуаттандыру үшін ұсынған генератордың дизайны ұқсас болды. Генераторларды сериялық өндіру үшін 1856 жылы Alliance компаниясы құрылды. Генератордың көрінісі суретте көрсетілген. 4, мұндағы: 1 – тұрақты магниттері бар статор; 2 – орамасы бар ротор (зәкір); 3 – орталықтан тепкіш реттегіш, 4 – қылшықты ауыстыру механизмі.

Ол жүктеме тогы өзгерген кезде щеткаларды бейтараптан ауыстыру арқылы шығыс кернеуін автоматты түрде ұстап тұру үшін ватт центрифугалық реттегішті қолданды, осылайша якорь реакциясын өтейді. Генераторда 50 тұрақты магнит болды және 10 а.к. салмағы 4 тоннаға дейін. Барлығы 100-ден астам Альянс генераторлары шығарылды, олар маяктарға арналған доғалық прожекторлардан басқа, электроформингте қолданылды.

Күріш. 4. «Альянс» генераторы

Жұмыс кезінде тұрақты магниттері бар машиналар магниттерді дірілден және қартаюдан біртіндеп магнитсіздендіруге байланысты шығыс кернеуінің төмендеуінің жағымсыз кемшілігін анықтады. Тұрақты магниттерден қоздырудың тағы бір кемшілігі олардың магнит ағынын реттей алмау болып табылады, бұл генерацияланған кернеуді тұрақтандыру үшін. Осы кемшіліктермен күресу үшін электромагниттік қозуды пайдалану ұсынылды, бұл мақалада айтылғандай, үлкен жинақтылықты қамтамасыз етеді. Осылайша, табысты ағылшын өнертапқышы Генри Уайлд 1864 жылы генератормен ортақ білікке орнатылған жеке төмен қуатты тұрақты магнитті қоздырғышы бар генераторға патент алды. Уайлдтың университеттік білімі болмады және еңбек жолын механиктің шәкірті ретінде бастады, бірақ ол электроплантацияға арналған генераторларын шығаруды жолға қойды. Дегенмен, генераторларда тұрақты магниттердің болуы телеграф пен электрлік жарықтандырудың дамуына үлкен кедергі болғаны белгілі болды.

Мәселенің түбегейлі шешімі генераторлардың өздігінен қозу мүмкіндігін ашқаннан кейін пайда болды, оны Сименс динамоэлектрлік принцип немесе динамо принципі деп атады. Өзін-өзі қозу идеясы - суретте көрсетілгендей. 5 – машинаны іске қосу кезіндегі бастапқы қоздыру ағыны магнит тізбегінің қалдық магниттелуімен жасалады, мұнда генератор кернеуі I якорь орамасынан алынады, ал машина не жүктемемен тізбектей жалғанған OB1 орамасы арқылы қоздырады. Р n, немесе реттеуші резистор арқылы арматураға параллель қосылған OB2 орамасы арқылы Р(шунтты қозу деп аталады). Әрі қарай, генерацияланған токтан оң кері байланыс есебінен қозу ағыны артады.

Күріш. 5. Өздігінен қозғалатын генератор тізбегі

1854 жылғы патентте генератордың өзін-өзі қоздыру мүмкіндігін бірінші болып көрсеткендердің бірі дат инженері және теміржол қатынасын ұйымдастырушы С?рен Хьорт болды. Алайда қалдық магниттелудің әлсіздігінен қорқып, ол генераторды тұрақты магниттермен толықтырды. Бұл Hiort генераторы ешқашан іске асырылмаған. Хиортқа тәуелсіз, өзін-өзі қозу идеясын 1856 жылы Будапешт университетінің профессоры Анжес Джедлик (?nyos Jedlik) білдірді. Ол сондай-ақ мақалада сипатталған алғашқы электр қозғалтқыштарының бірін ұсынды. Алайда, Йедлик өз өнертабыстарын патенттеп, олар туралы ақпаратты өте аз жариялағандықтан, оның жаңашыл ұсыныстары назардан тыс қалды.

Іс жүзінде өзін-өзі қоздыру идеясын бір уақытта бірнеше өнертапқыш он жылдан кейін ғана жүзеге асырды. 1866 жылы желтоқсанда патенттік өтінімде ағылшын телеграф компаниясының инженері және Фарадейдің шәкірті Сэмюэль Альфред Варли Джекоби генераторына ұқсас генератор тізбегін ұсынды, бірақ онда қоздыру орамасы тұрақты магниттерді ауыстырды. Генератор тізбегі күріште көрсетілген. 6, мұндағы: 1 – қоздыру электромагниттері, 2 – якорь, 3 – коммутатор, 4 – қосымша реттеу резисторы. Бастамас бұрын қозу өзектері тұрақты токпен магниттелді.

Күріш. 6. Varley генераторы

Бір айдан кейін, 1867 жылы қаңтарда Берлин Ғылым академиясында атақты неміс өнертапқышы және өнеркәсіпшісі Вернер Сименстің баяндамасы ұсынылды. егжей-тегжейлі сипаттамаол динамо деп атаған өздігінен қозғалатын генератор. Іске қосу алдында генератор қоздырғышты магниттеу үшін қозғалтқыш ретінде қосылды. Кейіннен Siemens Германияда осындай генераторлардың кең өнеркәсіптік өндірісін құрды.

Сол 1867 жылдың ақпанында атақты ағылшын физигі Чарльз Уитстоун шунтпен қоздырғыш генераторды патенттеп, көрсетті (5-сурет). Кәсіпті әкесінен алған музыкалық аспаптар шеберханасының иесі, кейін профессор Король колледжіЛондондағы King's College, Wheatstone сонымен қатар қарсылықты өлшеу әдісін (Wheatstone bridge), бір фазалы синхронды электр қозғалтқышын, концерттік музыкалық аспапты, стереоскопты, хроноскопты (электр секундомер) және Шиллингтің жетілдірілген түрін ойлап табуымен танымал. телеграф.

Баспасөзде осы техникалық шешімнің басымдығы туралы пікірталас туындады, оны Уайлд пен Хиорт та мәлімдеген. Айта кету керек, басымдықтың үш түрі бар: ғылыми, патенттік және өндірістік. Ғылыми басымдық кез келген құрылғыны, әсерді немесе теорияны алғаш жариялаған немесе көпшілікке көрсеткен ғалымға тиесілі. Өнеркәсіптік басымдық өнімді өндіруді және оны кеңінен енгізуді алғаш құрған тұлғаға немесе компанияға тиесілі. Мысалы, радионы ашуда ғылыми басымдық Поповқа, ал патенттік және өнеркәсіптік басымдық Маркониге тиесілі.Өзін-өзі қоздыратын генераторға қатысты патенттік басымдық Варлейге, ғылыми басымдық Джедлик пен Сименске, ал өнеркәсіптік басымдық үшін тану керек. Siemens. Wheatstone ерекше, бірақ өте маңызды техникалық шешімде - маневрлік қозуда басымдыққа ие.

Динамо сипаттамаларының одан әрі жақсаруы 1867 жылы бельгиялық инженер-электрик Зенобе Грамменің сақиналы арматураны қолдану арқылы оның арматурасының конструкциясының өзгеруімен, содан кейін 1872 жылы Хефнер Алтенек ұсынған барабан орамасының енгізілуімен байланысты болды. , жетекші дизайнер Siemens-Halske компаниясы. Осыдан кейін электр қозғалтқыштары мен генераторлар іс жүзінде өзінің заманауи түрін алды. Алайда, 19 ғасырдың аяғында айнымалы ток жүйелерінің кеңінен енгізілуіне байланысты су және жылу электр станцияларында электр энергиясының негізгі үлесі айнымалы ток генераторлары арқылы өндірілді.

Күріш. 7. Геодинамо моделі

Динамо принципінің өзіне келетін болсақ, ол 1905 жылы Эйнштейн сол кездегі физиканың бес негізгі құпиясының бірі деп атаған жердегі магнетизмнің себептерін түсіндіру үшін ХХ ғасырда тағы да есте қалды. Әзірге компьютерлік модельдеу немесе физикалық тәжірибелер арқылы расталған нақты жауап алынған жоқ, бірақ ең танымал теория гидромагниттік динамо (геодинамо) деп аталады. Уильям Гилберт кезінен бастап (16 ғасырдың соңы) Жердің күш сызықтары оңтүстік полюстен солтүстікке қарай бағытталған алып магнит екені анықталды. Максвелл теңдеулері бойынша магнит ағындары тек токтар арқылы жасалуы мүмкін, сондықтан Жерді электромагнит, оның токтары экваторға параллель жазықтықта ағып жатқан, ал ядросы Жердің қатты ферромагниттік ядросы болып табылады деп қабылдау заңды болды. , суретте көрсетілген. 7, Жердің айналу осінің болжамды тік орналасуымен. Диаметрі шамамен 1200 км болатын бұл темір-никель өзегі (1) қалыңдығы 2300 км бірдей металдардан тұратын сұйық қабықпен (2), одан кейін жер мантиясының және жер қыртысының жыныстарымен қоршалған.

Егер Жердің айналуына байланысты (3) концентрлік ағындар ядроның сұйық қабығында экваторға параллель жазықтықта (суретте көрсетілмеген) пайда болады деп есептесек, онда оларда токтар индукциялануы мүмкін. қатты ядродан магнит ағынымен өріс сызықтарының (4) қиылысуы - Фарадей генераторындағы сияқты. Дегенмен, қатты ядроны түбегейлі магниттеу мүмкін емес, өйткені оның термоядролық реакциялардан туындаған температурасы 5000 o C-тан жоғары (Күн бетіндегідей) және барлық ферромагниттік материалдар Кюри нүктесінен жоғары (шамамен 750 o) магниттік қасиеттерін жоғалтады. C). Сонымен қатар, ғалымдар мұндай концентрлік ағындардың пайда болуы үшін ақылға қонымды түсініктеме бере алмады. Сондықтан қазір конвективті геодинамо деп аталатын күрделірек модель қабылданды.

Сұйық ядроның мантиямен (5) шекарасындағы бетінің температурасы қатты ядроның температурасынан шамамен 600 o C төмен, бұл сұйықтықтың радиалды конвективті ағындарын тудырады (6), ол Кариолис күштерінің әсерінен Жердің айналуы арқылы құйындыларға (7), Жердің айналу осімен сәйкес келетін айналу осіне айналады. Әрі қарай, Фарадей дискісіне ұқсас бұл сұйық құйындыларда Жердің айналу осі бойымен магниттік ағындар (4) тудыратын токтар индукцияланады.

Жердің магнит өрісінің бастапқы қалыптасуы туралы мәселе күрделірек. 1919 жылы ирланд физигі және математигі Джозеф Лармор, Кембридж университетінің түлегі, электронды теорияны жасаушылардың бірі және релятивистік теорияның негізін салушылардың бірі, динамодағы процеске ұқсас өзін-өзі қозу идеясын ұсынды. , оны шешу үшін. Жер мантиясының қажетті бастапқы магниттелуі айналу осі бойымен бағытталған Күннің магнит өрісінің әсерінен болуы мүмкін. Содан кейін, сұйық құйындардағы оң кері байланыс механизмінің арқасында мантияны магниттейтін токтар омдық шығындар салдарынан сұйық ядроның жергілікті қызуы конвективтік ағындарды бұза бастағанға дейін және Жердің магнит өрісі тұрақты заманауи деңгейге жеткенше біртіндеп өсті.

Қазір көптеген цифрлық жабдықтар істен шығып жатыр, компьютерлер, принтерлер, сканерлер. Уақыт осылай - ескінің орнын жаңа. Бірақ істен шыққан жабдық бәрі емес, бірақ белгілі бір бөліктеріне қызмет ете алады.
Мысалы, принтерлер мен сканерлерде әртүрлі өлшемдегі және қуаттағы қадамдық қозғалтқыштар қолданылады. Өйткені, олар қозғалтқыш ретінде ғана емес, сонымен қатар ток генераторы ретінде де жұмыс істей алады. Шын мәнінде, бұл қазірдің өзінде төрт фазалы ток генераторы. Қозғалтқышқа тіпті кішкене момент қолдансаңыз, шығыста айтарлықтай жоғары кернеу пайда болады, бұл төмен қуатты батареяларды зарядтау үшін жеткілікті.
Мен принтердің немесе сканердің қадамдық қозғалтқышынан механикалық динамо фонарь жасауды ұсынамын.

Шам жасау

Сізге қажет бірінші нәрсе - қолайлы шағын қадамдық қозғалтқышты табу. Дегенмен, егер сіз шамды үлкенірек және күштірек жасағыңыз келсе, үлкен қозғалтқышты алыңыз.

Енді маған дене керек. Мен оны дайындап алдым. Сіз сабын ыдыстарын ала аласыз, тіпті корпусты өзіңіз де желімдей аласыз.

Біз қадамдық қозғалтқыш үшін тесік жасаймыз.

Біз қадамдық қозғалтқышты орнатып, қолданып көреміз.

Ескі фонарьдан біз рефлекторлар мен жарықдиодты шамдары бар алдыңғы панельді аламыз. Әрине, мұның бәрін өзіңіз жасай аласыз.

Біз фараға арналған ойықты кесіп тастадық.

Біз ескі шамнан шам орнатамыз.

Біз түйме үшін кесу жасаймыз және оны ойыққа орнатамыз.

Бос аймақта біз электронды компоненттер орналастырылатын тақтаны орналастырамыз.

Фонардың электроникасы

Схема

Жарықдиодты шамдар жарқырап тұруы үшін оларға тұрақты ток қажет. Генератор айнымалы ток шығарады, сондықтан барлық қозғалтқыш орамдарынан ток жинап, оны бір тізбекте шоғырландыратын төрт фазалы түзеткіш қажет.

Әрі қарай, алынған ток батареяларды зарядтайды, нәтижесінде алынған ток сақталады. Негізінде, сіз батареясыз жасай аласыз - қуатты конденсаторды пайдаланып, бірақ содан кейін жарқырау генераторды бұрған кезде ғана пайда болады.
Басқа балама бар болса да - ионисторды пайдалану, оны зарядтау үшін көп уақыт қажет.
Біз сызба бойынша тақтаны жинаймыз.

Шамның барлық бөліктері құрастыруға дайын.

Фонарлы динамо құрастыру

Біз тақтаны өздігінен бұрап тұратын бұрандалармен бекітеміз.

Біз қадамдық қозғалтқышты орнатып, оның сымдарын тақтаға дәнекерлейміз.

Біз сымдарды қосқыш пен фараға қосамыз.

Міне, барлық бөлшектері бар дерлік жиналған шам.

Өткен ғасырда тұрақты ток генераторлары динамолар деп атала бастады - кейінірек айнымалы ток генераторларымен ауыстырылған, трансформаторлар арқылы түрлендіруге жарамды және аз шығынмен ұзақ қашықтыққа тасымалдауға өте ыңғайлы алғашқы өнеркәсіптік генераторлар.

Бүгінгі күні «динамо» сөзі әдетте шағын велосипед генераторларына (фаралар үшін) немесе қол генераторларына (жаяу серуендеу шамдары үшін) қатысты. Өнеркәсіптік генераторларға келетін болсақ, бүгінгі таңда олардың барлығы айнымалы ток генераторлары болып табылады. Дегенмен, алғашқы динамолардың қалай дамып, жетілдірілгенін еске түсірейік.

Тұрақты ток генераторының немесе бірполярлы динамоның алғашқы мысалын 1832 жылы Майкл Фарадей электромагниттік индукция құбылысын жаңа ғана ашқан кезде ұсынған. Бұл «Фарадей дискі» деп аталатын қарапайым ток генераторы болды. Ондағы статор жылқы магниті болды, ал ротор қолмен айналдырылған мыс дискі болды, оның осі мен шеті ток жинайтын щеткалармен байланыста болды.

Дискіні айналдырған кезде, дискінің статор магнитінің полюстері арасындағы магнит ағынын кесіп өткен бөлігінде ЭҚК индукцияланды, егер щеткалар арасындағы контур жүктемеге жабылған болса, радиалды токтың пайда болуына әкелді. дискіде. Ұқсас бірполярлы генераторлар бүгінгі күні де қолданылады, онда түзетусіз үлкен тұрақты токтар қажет.

Айнымалы ток генераторын алғаш рет француз Ипполит Пикси салған, бұл 1832 жылы болған. Динамо статорында тізбектей жалғанған жұп катушкалар болды, ротор жылқы тәрізді тұрақты магнит болды, сонымен қатар дизайнда щеткалы коммутатор болды.

Магнит айналып, катушкалар өзектерін магнит ағынымен кесіп өтті және оларда гармоникалық ЭҚК индукциялады. Ал автоматты қосқыш жүктемедегі тұрақты пульсирленген токты түзетіп, өндіруге қызмет етті.

Кейінірек, 1842 жылы Якоби статорға магниттерді және роторға ораманы орналастыруды ұсынды, олар да беріліс қорабы арқылы айналады. Бұл генераторды ықшам етеді.

1856 жылы Фредерик Холмстың сериялық доғалық шамдарын қуаттандыру үшін (бұл шамдар маяк прожекторларында пайдаланылды) Фредерик Холмс өзі Якоби генераторына ұқсас генератор дизайнын ұсынды, бірақ әртүрлі жүктеме кезінде шам кернеуін тұрақты ұстау үшін ватт орталықтан тепкіш реттегішпен толықтырылды. щеткаларды автоматты түрде жылжыту арқылы қол жеткізілген токтар.

Сонымен қатар, тұрақты магниттері бар машиналарда бір маңызды кемшілік болды - магниттер уақыт өте келе магниттелуін жоғалтты және дірілден нашарлады, нәтижесінде машина шығаратын кернеу уақыт өте төмен және төмен болды. Бұл жағдайда кернеуді тұрақтандыру үшін магниттелуді басқару мүмкін болмады.

Электромагниттік қозу идеясы шешім ретінде келді. Бұл идея ағылшын өнертапқышы Генри Уайлдтың ойына келді, ол 1864 жылы тұрақты магнитті қоздырғышы бар генераторды патенттеді - қоздыру магниті генератордың білігіне жай ғана орнатылды.

Кейінірек генераторлардағы нағыз революцияны неміс инженері Вернер Сименс жасайды, ол шынайы динамоэлектрлік принципті ашады және жаңа тұрақты ток генераторларының өндірісін іске қосады.

Өздігінен қоздыру принципі қозуды бастау үшін ротордың өзегінің қалдық магниттелуін пайдалану болып табылады, содан кейін генератор қоздырылған кезде, магниттелетін ток ретінде жүктеме тогын пайдалану немесе генерацияланған токпен қоректенетін арнайы қоздыру орамасын қосу. жүктемеге параллель ток. Нәтижесінде оң кері байланысток тудыратын қозу магнит ағынының ұлғаюына әкеледі.

Өздігінен қозу принципін немесе динамоэлектрлік принципті бірінші атап өткендердің қатарында дат инженері Сорен Хиорт бар. Ол өзінің 1854 жылғы патентінде генерация алу үшін электромагниттік индукция құбылысын жүзеге асыру үшін реманентті магниттелуді пайдалану мүмкіндігін айтты, дегенмен қалдық магнит ағыны жеткіліксіз деп қорқып, Хиорт динамо дизайнын тұрақты магниттермен толықтыруды ұсынды. Бұл генератор ешқашан іске асырылмайды.

Кейінірек, 1856 жылы Венгрия ғылым академиясының мүшесі Аниес Йедлик де осыған ұқсас идеяны білдіретін, бірақ ол ешқашан ештеңені патенттемейтін. Бар болғаны 10 жылдан кейін Фарадейдің шәкірті Сэмюэль Варли өзін-өзі қоздыратын динамо принципін іске асырды. Оның патенттік өтінімінде (1866 жылы) Якоби генераторына өте ұқсас құрылғының сипаттамасы бар, тек тұрақты магниттер қоздыру орамасы - қоздыру электромагниттерімен ауыстырылды. Бастамас бұрын ядролар тұрақты токпен магниттелді.

1867 жылдың басында өнертапқыш Вернер Сименс Берлин ғылым академиясында баяндама жасады. Ол көпшілікке «динамо» деп аталатын Varley генераторына ұқсас генераторды ұсынды. Өріс орамдары магниттелген болатындай автомобиль қозғалтқыш режимінде іске қосылды. Содан кейін көлік генераторға айналды.

Бұл электр машиналарын түсіну мен жобалаудағы шынайы революция болды. Германияда Siemens динамоларының кең өндірісі басталды - өздігінен қозғалатын тұрақты ток генераторлары - алғашқы өнеркәсіптік динамолар.

Динамолардың дизайны уақыт өте өзгерді: Теофил Грамм сол 1867 жылы сақиналы арматураны ұсынды, ал 1872 жылы Siemens-Halske компаниясының бас конструкторы Гефнер Алтенек барабанды орауды ұсынды.

Осылайша тұрақты ток генераторлары соңғы пішінді алады. 19 ғасырда айнымалы токқа көшумен су электр станциялары мен жылу электр станциялары айнымалы ток генераторларын пайдаланып айнымалы ток шығара бастады. Бірақ бұл мүлдем басқа әңгіме...

Осы тақырып бойынша да қараңыз:

Андрей Повный