가장 간단한 발전기 기계 다이어그램 및 설명. 성직자의 삶의 스크랩. 발전기로 구동되는 헤드라이트의 다이어그램

인기 있는 기술 장치 중 하나는 자전거 발전기입니다. 이 장치의 정확한 유형, 용도 및 기능은 무엇입니까?

자전거 다이나모스의 종류

자전거 발전기는 자전거에 장착된 전조등이나 내비게이터용 전원 공급 장치와 같은 전기 장치에 전력을 공급하기 위해 에너지를 생산하는 발전기입니다.

오늘날 두 가지 유형의 자전거 발전기, 즉 병 발전기와 허브 발전기가 널리 사용됩니다.

종류에 관계없이 둘 다 코일 내부의 자석을 회전시켜 전기 에너지를 생성합니다. 따라서 자전거 발전기에서 뼈대는 고정 요소이고 고정자는 회전합니다.

이 종은 일반 병과 외형이 비슷하기 때문에 이름이 붙여졌습니다. 자전거용 병 발전기는 소련 시절 우리나라에서 가장 흔했습니다. 다음과 같은 부인할 수 없는 장점이 있습니다.

• 설치 및 해체가 용이합니다.
• 꺼질 가능성;
• 저렴한 가격.

동시에, 병 유형에는 어떤 경우에는 설치가 바람직하지 않거나 불가능할 수도 있다는 단점이 있습니다. 여기에는 다음이 포함되어야 합니다.

• 설치로 인해 포크에 비대칭 덩어리가 나타납니다.
• 작동 중 소음 증가;
• 상대적으로 낮은 전력 출력;
• 움직임에 대한 저항;
• 악천후 조건에서 효율성 감소;
• 타이어 마모 증가.

나열된 모든 단점은 설계 기능에 의해 미리 결정되며 근본적인 변경 없이는 제거할 수 없습니다.

인기가 지속적으로 증가하는 두 번째 유형은 소위 발전기 부싱입니다.

이 경우 자전거 발전기는 구조적으로 휠 허브로 설계됩니다. 이러한 발전기의 출력 전압은 약 6V이며 전력은 최대 2W, 때로는 3W입니다.

자전거용 발전기의 모든 장점은 다음과 같이 결정됩니다. 디자인 특징. "이점"에는 다음이 포함됩니다.

• 절대 침묵합니다. 이는 휠용 허브 형태의 설계로 인해 달성됩니다.
• 발전기는 마찰을 사용하지 않고 작동하므로 타이어 및 기타 부품의 마모에 영향을 미치지 않습니다.
• 완전히 균형 잡힌 디자인으로 포크의 불균형이 제거됩니다.
• 고효율. 마찰 표면이 없기 때문에 어떤 기상 조건에서도 미끄러짐이 없습니다.
• 자전거 전기 배선 회로의 강철 구조로부터 완전히 분리됩니다.

그러나 발전기 허브는 끌 수 없으며 이동할 때 지속적으로 작동합니다. 일부 전문가들은 이 점을 단점으로 생각하지만, 객관적으로 부하가 꺼지면 발전기는 바퀴의 회전 자유도에 영향을 미치지 않으므로 끌 수 없는 것을 단점으로 간주하는 것은 완전히 잘못된 것입니다. . 또 다른 점은 질량이 높다는 점인데, 이상적인 균형을 이루더라도 실제로는 눈에 띌 정도로 자전거의 주행 성능에 영향을 미치지 않습니다. 유일한 심각한 단점은 가격과 설계의 복잡성뿐 아니라 이러한 발전기를 설치하려면 전체 바퀴를 분류해야 하며 이를 위해서는 의심할 여지 없이 특정 기술과 훈련이 필요하다는 사실입니다.

따라서 이륜차 친구를 위해 발전기를 선택할 때 안전과 신뢰성을 기억하고 재정적 능력에 집중하십시오. 물론 자전거가 어떤 역동성을 갖게 될지는 본인에게 달려 있으며 다른 사람이 결정할 수는 없습니다.

이러한 유형의 생성기가 인기를 얻고 있으므로 알고 이해해야 할 몇 가지 기능을 살펴보겠습니다.

우선, 병 생성기가 상수를 생성하면 전기, 그러면 자전거 허브 발전기가 교류 전압을 생성합니다. 차이점은 무엇입니까? 전기 역학에 너무 깊이 들어 가지 않고 그것을 알아 내려고합시다.

직류에는 "플러스"와 "마이너스"라는 극이 있습니다. 이러한 전류는 항상 플러스에서 마이너스로 한 방향으로 흐릅니다. 교류전압에는 극성이 없습니다. 일반 백열등을 켜려면 전류가 직접 또는 교류인지는 중요하지 않습니다. 그러나 LED 헤드라이트의 경우 상황이 다릅니다. LED는 전류가 일정하고 올바르게 연결된 경우에만 작동합니다. 자전거에 발전기 허브를 설치하는 경우 특수 정류기 브리지를 통해 LED 헤드라이트를 연결해야 합니다. 이는 DC 소스로 전력을 공급받는 모든 에너지 소비자와 관련이 있습니다.

허브 다이나모 설치

병 발전기를 설치하는 데 어려움은 없지만 자전거용 허브 발전기를 사용하면 작업이 가능합니다.

우선, 이러한 발전기의 설계 자체가 지지 부싱으로 설치를 제공하기 때문에 휠을 제거하고 완전히 분해해야 합니다. 먼저 짧아진 뜨개질바늘 세트를 관리하세요. 분해가 완료되면 짧은 스포크를 사용하여 림을 허브에 고정합니다. 균등하고 균등하게 설치하고 스포크를 점차적으로 조인 다음 조여 최종적으로 림을 강화하십시오. 그런 다음 균형을 맞추고 런아웃과 불균형을 확인해야 합니다.

주목! 병형 발전기의 경우 본체에 마이너스 전원이 있습니다. 발전기 허브는 본체와 전기적 접촉이 없으므로 전기 배선을 완전히 절연하거나 금속 프레임을 도체 중 하나로 사용할 수 있습니다. 정류기 브리지가 설치된 경우 그 뒤에 프레임을 부착해야 합니다.

저는 손전등과 후방 조명에 전원을 공급하기 위해 자전거용 마찰 자전거 발전기를 만들었습니다. 저는 이 페달 제너레이터 프로젝트에 대한 아이디어와 많은 정보를 인터넷에서 찾았습니다.

저는 최근 직장 출퇴근과 시내 출퇴근을 위해 자전거를 구입했는데 안전상의 이유로 조명이 필요하다고 결정했습니다. 내 전면 조명은 2개의 AA 배터리로 전원을 공급받았고 후면 조명은 2개의 AAA 배터리로 전원을 공급받았습니다. 지침에 따르면 깜박이는 모드에서 전면 조명은 4시간 지속되고 후면 조명은 20시간 지속됩니다.

이는 좋은 지표이기는 하지만, 잘못된 시간에 배터리가 방전되지 않도록 약간의 주의가 필요합니다. 나는 단순함을 위해 이 자전거를 구입했습니다. 단일 속도는 그냥 타고 갈 수 있다는 것을 의미하지만, 배터리를 계속 교체하려면 비용이 많이 들고 사용하기가 어렵습니다. 자전거에 역동성을 더해 라이딩 중에도 배터리를 충전할 수 있습니다.

1단계: 예비 부품 수집

자신의 손으로 다이나모 기계를 만들고 싶다면 몇 가지가 필요합니다. 목록은 다음과 같습니다.

전자제품:

1. 스테퍼 모터 1개 - 오래된 프린터에서 얻었습니다.
2. 다이오드 8개 - 1N4001을 사용하는 개인용 전원장치를 사용했습니다.
3. 1x 전압 조정기 - LM317T
4. PCB가 있는 개발 보드 1개
5. 저항기 2개 - 150Ω 및 220Ω
6. 라디에이터 1개
7. 1x 배터리 커넥터
8. 단선
9. 절연테이프

기계 부품:

• 자전거 반사경 홀더 1개 - 조명을 연결할 때 자전거에서 이것을 제거했습니다.
• 알루미늄 코너 블랭크, 약 15cm 길이의 조각이 필요합니다.
• 작은 너트와 볼트 - 프린터 나사와 기타 중고 부품을 사용했습니다.
• 작은 고무 바퀴 - 스테퍼 모터에 부착되어 회전할 때 바퀴와 마찰합니다.

도구:

• Dremel - 꼭 필요한 것은 아니지만, 여러분의 삶을 훨씬 더 쉽게 만들어줍니다.
• 드릴 및 비트
• 파일
• 드라이버, 렌치
• 자전거에 모든 것을 장착하기 전에 회로를 테스트하기 위한 브레드보드입니다.
• 멀티미터

2단계: 회로 만들기

이미지 10개 더 표시

자전거 발전기의 다이어그램을 만들어 봅시다. 모든 것을 함께 납땜하기 전에 모든 것을 테스트하는 것이 좋기 때문에 먼저 납땜 없이 브레드보드에 전체 회로를 조립했습니다. 나는 모터 커넥터와 다이오드부터 시작했습니다. 프린터 회로 기판에서 커넥터의 납땜을 풀었습니다. 이 방향으로 다이오드를 배치하면 모터에서 나오는 AC 전류가 DC로 변경됩니다(정류).

스테퍼 모터에는 두 개의 코일이 있으며 각 코일이 동일한 다이오드 뱅크 세트에 연결되어 있는지 확인해야 합니다. 모터의 어떤 전선이 동일한 코일에 연결되어 있는지 확인하려면 전선 간의 접촉을 확인하면 됩니다. 두 개의 와이어가 첫 번째 코일에 연결되고 두 개의 와이어가 두 번째 코일에 연결됩니다.

회로가 납땜 없이 브레드보드에 조립되면 테스트해 보세요. 내 모터는 일반 사이클링 중에 최대 30V를 생산했습니다. 24V 스테퍼 모터이므로 효율성이 합리적이라고 생각됩니다.

전압 조정기가 설치된 경우 출력 전압은 3.10V였습니다. 저항은 출력 전압을 제어하며 3.08V를 생성하기 위해 150Ω 및 220Ω 옵션을 선택했습니다. 이 LM317 전압 계산기를 확인하여 수치를 어떻게 계산했는지 확인하세요.

이제 모든 것을 납땜해야합니다 인쇄 회로 기판. 깔끔한 연결을 위해 작은 게이지 납땜을 사용했습니다. 더 빨리 가열되고 더 나은 연결을 제공합니다.

.Pdf 파일에서 모든 것이 PCB에 어떻게 연결되어 있는지 확인할 수 있습니다. 곡선은 전선이고 짧은 검정색 직선은 점퍼를 납땜해야 하는 위치입니다.

파일
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3단계: 모터 설치

엔진 마운트는 알루미늄 앵글과 반사경 브래킷으로 만들어졌습니다. 엔진을 장착하기 위해 알루미늄에 구멍을 뚫었습니다. 그런 다음 모서리의 한쪽을 잘라내어 바퀴를 위한 공간을 만들었습니다.

휠을 덕트 테이프에 직접 밀어 넣을 수 있을 만큼 연결이 단단해질 때까지 모터 샤프트 주위에 덕트 테이프를 감아 휠을 부착했습니다. 이 방법은 효과가 좋지만 앞으로는 개선이 필요합니다.

모터와 휠이 알루미늄에 부착되면 프레임에서 모든 것을 장착할 수 있는 좋은 지점을 찾았습니다. 블랭크를 시트 튜브에 부착했습니다. 제 자전거 프레임이 61cm라서 발전기가 장착되는 면적이 소형 자전거에 비해 상당히 넓습니다. 자전거에서 찾아보세요. 가장 좋은 장소발전기를 설치하기 위해.

적당한 위치를 찾은 후 반사경 브라켓이 설치된 알루미늄 브라켓에 표시를 해서 크기에 맞게 잘라냈습니다. 그런 다음 브래킷과 알루미늄에 구멍을 뚫고 구조물을 자전거에 장착했습니다.

기둥 2개가 있는 알루미늄 마운트에 프로젝트 박스를 부착하여 12볼트 자전거 발전기 조립을 완료했습니다.

4단계: 전선 연결하기

자전거 발전기가 조립되었으므로 이제 전선을 전구에 연결하기만 하면 됩니다. 배터리 단자를 지나서 전선 끝을 헤드라이트까지 밀어 넣은 다음 헤드라이트 하우징에 구멍을 뚫어 전선을 통과시켰습니다. 그런 다음 전선을 배터리 커넥터에 연결했습니다. 또한 프로젝트 상자에 전선용 구멍을 만들어야 합니다.

쌀. 1. 패러데이 디스크나

이 시리즈의 이전 기사에서는 19세기 초에 제작되어 알려진 단일 소스로 구동되는 최초의 전기 모터를 조사했습니다. 갈바니 배터리. 증기 엔진을 전기 엔진으로 교체하는 것을 방지하는 이러한 전기화학 소스의 낮은 경제성으로 인해 발명가는 전기를 생성하는 다른 전기 기계 방법을 찾게 되었습니다. 이 기사에서는 발전기 원리라고 불리는 포지티브 피드백으로 인한 자기 여기 현상이 발견된 DC 발전기를 만드는 과정을 반영합니다.

최초의 전기 기계 발전기는 전자기 유도 법칙을 발견한 직후인 1832년 패러데이에 의해 제안되었습니다(그림 1). 패러데이 디스크에는 말굽 자석 형태의 고정자 1개와 축과 테두리에 이동식 접점이 장착된 구리 디스크(로터) 2개가 포함되어 있습니다.

디스크가 자기장 내에서 회전하면 일정한 부호의 EMF가 디스크에 유도되어 유도 전류, 오른손 법칙에 따라 즉, 축과 림 사이(이 경우 아래에서 위로) 방사형으로 흐릅니다. 렌츠의 법칙에 따르면 유도 전류는 자석의 자속과 반대되는 자속, 즉 디스크의 회전축을 따라 향하는 자속을 생성합니다. 이는 여전히 큰 전류를 생성하는 데 사용되는 유일한 알려진 단극 DC 발전기입니다. 나머지 DC 발전기는 본질적으로 출력에 정류기(정류자)가 있는 AC 발전기입니다.

쌀. 2. 픽시 생성기

최초의 교류 발전기는 같은 1832년 프랑스에서 거장 Hippolyte Pixii에 의해 제작되었습니다. 27년이라는 짧은 인생 동안 픽시는 팽창계 온도계와 진공 펌프를 비롯한 많은 과학 도구를 만들었습니다. Pixie 생성기는 그림 1에 나와 있습니다. 2, 다음과 같이 표시됩니다. 1 – 두 개의 코일이 직렬로 연결된 고정자, 2 – 영구 자석이 있는 회전자, 3 – 브러시 정류자(정류기). 회전하는 자석의 전력선은 코일의 권선을 가로질러 고조파에 가까운 EMF를 유도합니다. 코일과 회전 자석에 대한 아이디어는 패러데이에게 라틴어 이니셜 P.M.으로 서명된 편지를 보낸 발명가의 것입니다. 발명가의 이름인 Frederick Mc-Clintock은 오랫동안 알려지지 않았습니다. 패러데이는 즉시 이 편지를 과학 저널에 게재했습니다. 그러나 이 장치는 교류를 발생시켰으나 19세기 초에는 직류만 사용되었습니다. 따라서 Pixie는 Ampere의 조언에 따라 그에게 브러시 정류자를 장착했습니다. 픽시 발전기는 E. H. 렌츠(E. H. Lenz)가 1833년에 발견한 전기 기계의 가역성 원리를 증명하기 위해 사용되었습니다. 그러나 오랫동안 엔진과 발전기는 별도로 개발되었습니다.

1842년 해상 광산용 고전압 원격 퓨즈를 만들 때 Jacobi는 고정자에 자석을 배치하고 회전자에 권선을 배치하여 발전기의 소형화를 증가시킬 것을 제안했습니다. 야코비 생성기는 그림 1에 나와 있습니다. 3, 표시되는 곳: 1 – 2개의 영구 자석이 있는 고정자, 2 – 샤프트, 3 – 전기자(권선이 있는 회전자), 4 – 정류자, 5 – 승수, 즉 회전자 속도를 높이기 위한 승압 기어박스.

쌀. 3. 야코비 생성기

영국 엔지니어인 Frederick Holmes가 자신이 특허를 낸 아크 램프에 전력을 공급하기 위해 제안한 발전기도 비슷한 디자인을 가지고 있었습니다. 발전기의 연속 생산을 위해 1856년에 Alliance 회사가 설립되었습니다. 발전기 보기는 그림 1에 나와 있습니다. 4, 여기서: 1 – 영구 자석이 있는 고정자; 2 – 권선이 있는 로터(전기자); 3 – 원심 조절기, 4 – 브러시 이동 메커니즘.

이는 부하 전류가 변경됨에 따라 브러시를 중립에서 이동시켜 전기자 반응을 보상함으로써 출력 전압을 자동으로 유지하기 위해 와트 원심 조절기를 사용했습니다. 발전기에는 50개의 영구 자석이 있었고 10hp의 출력을 개발했습니다. 무게는 최대 4톤. 총 100개 이상의 Alliance 발전기가 생산되었으며, 이는 등대용 아크 탐조등 외에도 전기 주조에 사용되었습니다.

쌀. 4. 발전기 "얼라이언스"

영구 자석을 사용하는 기계는 작동 중에 진동과 노화로 인한 자석의 점진적인 자기소거로 인해 출력 전압이 감소한다는 불쾌한 단점을 발견했습니다. 영구 자석 여기의 또 다른 단점은 생성된 전압을 안정화하기 위해 자속을 조절할 수 없다는 것입니다. 이러한 단점을 해결하기 위해 전자기 여기를 사용하는 것이 제안되었으며, 이는 또한 기사에 언급된 바와 같이 더 큰 소형화를 보장합니다. 따라서 성공적인 영국 발명가인 헨리 와일드(Henry Wilde)는 1864년에 발전기와 함께 공통 샤프트에 장착된 별도의 저전력 영구자석 여자기를 갖춘 발전기에 대한 특허를 받았습니다. Wilde는 대학 교육을 받지 못했고 기계공 견습생으로 경력을 시작했지만 전기 도금용 발전기 생산을 시작했습니다. 그러나 발전기에 영구 자석이 존재한다는 것이 전신 및 전기 조명의 발전에 심각한 장애가 된다는 것이 분명해졌습니다.

이 문제에 대한 근본적인 해결책은 Siemens가 발전기 원리 또는 발전기 원리라고 부르는 발전기의 자기 여기 가능성을 발견한 후에 나타났습니다. 자기 여기(self-excitation)의 아이디어는 다음과 같습니다. 5 – 기계 시동 시 초기 여자 자속은 자기 회로의 잔류 자화에 의해 생성됩니다. 여기서 발전기 전압은 전기자 권선 I에서 제거되고 기계는 부하와 직렬로 연결된 권선 OB1에 의해 여자됩니다. 아르 자형 n 또는 조정 저항을 통해 전기자와 병렬로 연결된 OB2를 권선하여 아르 자형(소위 션트 여기). 다음으로 생성된 전류의 양의 피드백으로 인해 여자 자속이 증가합니다.

쌀. 5. 자려발전기 회로

1854년 특허에서 발전기의 자기 여기 가능성을 최초로 지적한 사람 중 한 명은 덴마크 엔지니어이자 철도 통신 조직자인 S?ren Hjorth였습니다. 그러나 잔류 자화가 약할 것을 두려워하여 그는 영구 자석으로 발전기를 보완했습니다. 이 Hiort 생성기는 구현되지 않았습니다. Hiorth와는 별도로, 자기 자극 아이디어는 1856년 부다페스트 대학교 Anjes Jedlik 교수(?nyos Jedlik)에 의해 표현되었습니다. 그는 또한 기사에 설명된 최초의 전기 모터 중 하나를 제안했습니다. 그러나 Yedlik은 자신의 발명품에 대한 특허를 취득하지 않았고 이에 대한 정보를 매우 드물게 게시했기 때문에 그의 혁신적인 제안은 눈에 띄지 않았습니다.

실제로 자기 여기라는 아이디어는 불과 10년 후에 여러 발명가에 의해 동시에 실현되었습니다. 1866년 12월 특허 출원에서 영국 전신 회사 엔지니어이자 패러데이의 학생인 사무엘 알프레드 발리(Samuel Alfred Varley)는 야코비 발전기와 유사한 발전기 회로를 제안했지만 여기 권선은 영구 자석을 대체했습니다. 발전기 회로는 그림 1에 나와 있습니다. 6, 여기서: 1 – 여자 전자석, 2 – 전기자, 3 – 정류자, 4 – 추가 조정 저항. 시작하기 전에 여자 코어는 직류로 자화되었습니다.

쌀. 6. 발리 생성기

한 달 후인 1867년 1월, 독일의 유명한 발명가이자 산업가인 베르너 지멘스(Werner Siemens)의 보고서가 베를린 과학 아카데미에서 발표되었습니다. 상세 설명그는 발전기라고 부르는 자려 발전기를 사용했습니다. 시작하기 전에 발전기를 모터로 켜서 여기를 자화했습니다. 그 후 Siemens는 독일에서 이러한 발전기의 광범위한 산업 생산을 확립했습니다.

같은 1867년 2월, 유명한 영국 물리학자 Charles Wheatstone은 션트 여자 발전기에 대한 특허를 취득하고 시연했습니다(그림 5). 나중에 교수가 된 아버지로부터 사업을 물려받은 악기 공방의 주인 킹스 칼리지 King's College London, Wheatstone은 저항 측정 방법(휘트스톤 브리지), 단상 동기 전기 모터, 콘서티나 악기, 입체경, 크로노스코프(전기 스톱워치) 및 개량형 실링의 발명으로도 유명합니다. 전신.

Wilde와 Hiort도 주장한 이 기술 솔루션의 우선순위에 대해 언론에서 논의가 일어났습니다. 우선순위에는 과학, 특허, 산업의 세 가지 유형이 있다는 점에 유의해야 합니다. 과학적 우선권은 장치, 효과 또는 이론을 최초로 발표하거나 공개적으로 시연한 과학자에게 있습니다. 산업적 우선순위는 제품 생산과 그 제품의 광범위한 도입을 처음으로 확립한 개인이나 회사에 속합니다. 예를 들어, 라디오의 발견에 있어서는 과학적 우선순위는 Popov에, 특허와 산업적 우선순위는 Marconi에 속하며, 자려발전기의 경우 Varley는 특허우선권, Jedlik과 Siemens는 과학적 우선순위, 산업적 우선순위는 지멘스. Wheatstone은 매우 중요하기는 하지만 특정 기술 솔루션인 션트 여기(shunt excitation)에서 우선순위를 가집니다.

발전기 특성의 추가 개선은 1867년 벨기에 전기 기술자 Zenobe Gramme가 링 전기자를 사용하고 1872년 Hefner Alteneck이 제안한 드럼 권선 도입을 통해 전기자 설계 변경과 관련이 있었습니다. , 최고의 디자이너 Siemens-Halske 회사. 그 후 전기 모터와 발전기는 실질적으로 현대적인 형태를 갖추게 되었습니다. 그러나 19세기 말에는 교류 시스템이 널리 도입되면서 수력 및 화력 발전소 전력의 대부분이 이미 교류 발전기를 통해 생산되었습니다.

쌀. 7. 지오다이나모 모델

발전기 원리 자체에 관해서는 1905년 아인슈타인이 당시 물리학의 다섯 가지 주요 미스터리 중 하나라고 불렀던 지구 자기의 원인을 설명하기 위해 20세기에 다시 기억되었습니다. 지금까지 컴퓨터 모델링이나 물리적 실험을 통해 확실한 답을 얻지는 못했지만 가장 널리 알려진 이론은 수력자기 발전기(geodynamo)라고 합니다. 16세기 후반 윌리엄 길버트(William Gilbert) 시대부터 지구는 자력선이 남극에서 북쪽으로 향하는 거대한 자석이라는 사실이 입증되었습니다. Maxwell의 방정식에 따르면 자속은 전류에 의해서만 생성 될 수 있으므로 지구는 적도와 평행 한 평면에 전류가 흐르는 전자석이고 코어는 지구의 견고한 강자성 코어라고 가정하는 것이 당연합니다. , 그림에 표시되어 있습니다. 7은 지구 자전축의 수직 위치를 가정한 것입니다. 직경이 약 1200km인 이 철-니켈 코어(1)는 두께 2300km에 달하는 동일한 금속의 액체 껍질(2)로 둘러싸여 있으며, 그 뒤에는 지구의 맨틀과 지각의 암석이 있습니다.

지구의 회전으로 인해 (3) 적도와 평행 한 평면에서 코어의 액체 껍질에 동심원 흐름이 형성된다고 가정하면 (그림에는 표시되지 않음) 패러데이 발전기에서와 같이 솔리드 코어의 자속으로 자기력선(4)이 교차합니다. 그러나 고체 핵은 열핵 반응으로 인해 온도가 5000oC(태양 표면과 마찬가지로) 이상이고 모든 강자성 물질은 퀴리점(약 750oC) 위에서 자기 특성을 잃기 때문에 기본적으로 자화될 수 없습니다. 씨). 게다가 과학자들은 그러한 동심원 흐름의 형성에 대해 합리적인 설명을 제시할 수 없었습니다. 따라서 이제 대류 지오다이나모(convective geodynamo)라는 보다 복잡한 모델이 채택되었습니다.

맨틀(5)과의 경계에 있는 액체 코어의 표면 온도는 고체 코어의 온도보다 약 600oC 낮으며, 이로 인해 액체의 방사형 대류 흐름(6)이 발생합니다. 이는 카리올리 힘의 영향으로 인해 발생합니다. 지구의 자전으로 인해 소용돌이(7)가 발생합니다. 회전축은 지구의 자전축과 일치합니다. 또한, 패러데이 디스크와 유사한 이러한 액체 소용돌이에서는 전류가 유도되어 지구의 회전축을 따라 자속(4)이 생성됩니다.

더 복잡한 것은 지구 자기장의 초기 형성에 관한 문제입니다. 1919년, 전자 이론의 창시자이자 상대론 이론의 창시자 중 한 명인 케임브리지 대학을 졸업한 아일랜드 물리학자이자 수학자 Joseph Larmor는 발전기의 과정과 유사한 자기 여기 아이디어를 제안했습니다. , 그것을 해결하기 위해. 지구 맨틀의 필요한 초기 자화는 회전축을 따라 향하는 태양의 자기장에 의해 발생할 수 있습니다. 그런 다음 액체 소용돌이의 양의 피드백 메커니즘으로 인해 맨틀을 자화하는 전류는 오믹 손실로 인한 액체 코어의 국부적 가열로 인해 대류 흐름이 파괴되기 시작하고 지구 자기장이 안정된 현대 수준을 가정할 때까지 점차 증가했습니다.

이제 컴퓨터, 프린터, 스캐너 등 많은 디지털 장비가 고장나고 있습니다. 시간은 이렇습니다. 오래된 것이 새 것으로 대체됩니다. 그러나 고장난 장비는 전부는 아니지만 일부는 확실히 기능할 수 있습니다.
예를 들어, 다양한 크기와 전력의 스테퍼 모터가 프린터와 스캐너에 사용됩니다. 사실은 모터뿐만 아니라 전류 발전기로도 작동할 수 있다는 것입니다. 실제로 이것은 이미 4상 전류 생성기입니다. 그리고 엔진에 작은 토크라도 적용하면 출력에 훨씬 더 높은 전압이 나타나 저전력 배터리를 충전하기에 충분합니다.
저는 프린터나 스캐너의 스테퍼 모터로 기계식 발전기 손전등을 만들 것을 제안합니다.

손전등 만들기

가장 먼저 해야 할 일은 적합한 소형 스테퍼 모터를 찾는 것입니다. 하지만 손전등을 더 크고 강력하게 만들고 싶다면 대형 엔진을 사용하세요.

다음으로 몸이 필요해요. 준비해 두었습니다. 비누 접시를 ​​가져갈 수도 있고 케이스를 직접 붙일 수도 있습니다.

스테퍼 모터용 구멍을 만듭니다.

스테퍼 모터를 설치하고 사용해 보겠습니다.

오래된 손전등에서 반사경과 LED가 있는 전면 패널을 사용합니다. 물론, 이 모든 것을 스스로 할 수 있습니다.

헤드라이트용 홈을 잘라냈습니다.

우리는 오래된 손전등으로 조명을 설치합니다.

버튼 컷 아웃을 만들어 홈에 설치합니다.

자유 공간에는 전자 부품을 배치할 보드를 놓습니다.

손전등 전자 제품

계획

LED가 빛나기 위해서는 일정한 전류가 필요합니다. 발전기는 교류를 생성하므로 모든 모터 권선에서 전류를 수집하여 하나의 회로에 집중시키는 4상 정류기가 필요합니다.

다음으로, 결과 전류는 결과 전류를 저장하는 배터리를 충전합니다. 원칙적으로 배터리 없이도 할 수 있습니다. 강력한 커패시터를 사용하면 발전기가 켜지는 순간에만 빛이 나타납니다.
또 다른 대안이 있지만 이온니스터를 사용하는 경우 충전하는 데 상당한 시간이 걸립니다.
우리는 다이어그램에 따라 보드를 조립합니다.

손전등의 모든 부품을 조립할 준비가 되었습니다.

랜턴 다이나모 어셈블리

셀프 태핑 나사로 보드를 부착합니다.

스테퍼 모터를 설치하고 와이어를 보드에 납땜합니다.

전선을 스위치와 헤드라이트에 연결합니다.

여기에 모든 부품이 포함된 거의 조립된 랜턴이 있습니다.

지난 세기 이전에 DC 발전기는 최초의 산업용 발전기인 발전기로 불리기 시작했으며 나중에 교류 발전기로 대체되었으며 변압기를 통한 변환에 적합하고 적은 손실로 장거리 전송에 매우 편리했습니다.

오늘날 "디나모"라는 단어는 일반적으로 소형 자전거 발전기(헤드라이트용) 또는 수동 발전기(하이킹 손전등용)를 의미합니다. 산업용 발전기의 경우 오늘날 모두 교류 발전기입니다. 하지만 최초의 발전기가 어떻게 발전하고 개선되었는지 기억해 봅시다.

직류 발전기 또는 단극 발전기의 첫 번째 예는 1832년 Michael Faraday가 전자기 유도 현상을 막 발견했을 때 제안되었습니다. 가장 간단한 직류 발전기 인 소위 "패러데이 디스크"였습니다. 고정자는 말굽 자석이었고 회 전자는 수동으로 회전하는 구리 디스크였으며 그 축과 가장자리는 전류 수집 브러시와 접촉했습니다.

디스크가 회전할 때 고정자 자석의 극 사이의 자속을 교차하는 디스크 부분에 EMF가 유도되어 브러시 사이의 회로가 부하에 닫혀 있으면 방사형 전류가 나타납니다. 디스크에. 정류 없이 큰 직류 전류가 필요한 곳에서는 오늘날에도 유사한 단극 발전기가 여전히 사용되고 있습니다.

교류 발전기는 프랑스인 Hippolyte Pixie에 의해 처음 제작되었으며, 이는 같은 1832년에 일어났습니다. 발전기의 고정자는 직렬로 연결된 한 쌍의 코일을 포함하고 회전자는 말굽 모양의 영구 자석이었으며 디자인에는 브러시 정류자도 포함되었습니다.

자석이 회전하고 코일 코어를 자속과 교차하여 고조파 EMF를 유도했습니다. 그리고 자동 스위치는 부하에서 일정한 맥동 전류를 교정하고 생성하는 역할을 했습니다.

나중에 1842년에 Jacobi는 고정자에 자석을 배치하고 기어박스를 통해 회전하는 회전자에 권선을 배치할 것을 제안했습니다. 이렇게 하면 발전기가 더 컴팩트해집니다.

1856년 Frederick Holmes의 직렬 아크 램프(이 램프는 등대 탐조등에 사용됨)에 전원을 공급하기 위해 Frederick Holmes는 Jacobi 발전기와 유사한 발전기 설계를 제안했지만 다른 부하에서 램프 전압을 일정하게 유지하기 위해 와트 원심 조절기가 추가되었습니다. 브러시를 자동으로 움직여 얻은 전류.

한편, 영구 자석을 사용하는 기계에는 한 가지 중요한 단점이 있었습니다. 자석은 시간이 지남에 따라 자화를 잃고 진동으로 인해 열화되어 결과적으로 기계에서 생성되는 전압이 시간이 지남에 따라 점점 낮아졌습니다. 이 경우 자화를 제어하여 전압을 안정화할 수 없습니다.

전자기 여기라는 아이디어가 해결책으로 나왔습니다. 이 아이디어는 1864년에 영구 자석 여자기가 있는 발전기에 대한 특허를 취득한 영국 발명가 Henry Wilde의 마음에 떠 올랐습니다. 여기 자석은 발전기 샤프트에 간단히 장착되었습니다.

나중에 진정한 동력전기 원리를 발견하고 새로운 DC 발전기의 생산을 시작하게 될 독일 엔지니어 Werner Siemens에 의해 발전기의 진정한 혁명이 이루어질 것입니다.

자려의 원리는 회 전자 코어의 잔류 자화를 사용하여 여자를 시작하고 발전기가 여자되면 부하 전류를 자화 전류로 사용하거나 생성 된 전류에 의해 구동되는 특수 여자 권선을 켜는 것입니다. 부하와 병렬로 흐르는 전류. 그 결과 긍정적인 피드백전류에 의해 생성된 여기 자속이 증가하게 됩니다.

자가 여기 원리, 즉 동력전기 원리를 최초로 언급한 사람 중에는 덴마크 엔지니어인 소렌 히오르트(Soren Hiort)가 있습니다. 그는 1854년 특허에서 잔류 자화를 사용하여 전자기 유도 현상을 실현하여 발전을 얻을 수 있는 가능성을 언급했지만, 잔류 자속이 충분하지 않을 것을 우려하여 Hiort는 영구 자석으로 다이나모 설계를 보완할 것을 제안했습니다. 이 생성기는 구현되지 않습니다.

나중에 1856년에 헝가리 과학 아카데미 회원인 아니스 예들릭(Anies Jedlik)도 비슷한 생각을 표현했지만, 그는 어떤 것도 특허를 내지 않았습니다. 불과 10년 후, 패러데이의 학생인 사무엘 발리(Samuel Varley)는 스스로 흥분되는 발전기의 원리를 실행했습니다. 그의 특허 출원(1866년)에는 야코비 발전기와 매우 유사한 장치에 대한 설명이 포함되어 있으며 영구 자석만 이미 여자 권선(여기 전자석)으로 대체되었습니다. 시작하기 전에 코어는 직류로 자화되었습니다.

1867년 초, 발명가 Werner Siemens는 베를린 과학 아카데미에서 프레젠테이션을 했습니다. 그는 "발전기"라고 불리는 Varley 발전기와 유사한 발전기를 대중에게 선보였습니다. 계자 권선이 자화되도록 자동차가 엔진 모드에서 시동되었습니다. 그 후 자동차는 발전기로 변했습니다.

이는 전기 기계에 대한 이해와 설계에 있어 진정한 혁명이었습니다. 독일에서는 최초의 산업용 발전기인 자려형 직류 발전기인 Siemens 발전기의 광범위한 생산이 시작되었습니다.

발전기의 디자인은 시간이 지남에 따라 변경되었습니다. 같은 1867년에 Theophilus Gramm이 링 뼈대를 제안했고, 1872년에 Siemens-Halske 회사의 수석 디자이너인 Gefner Alteneck이 드럼 권선을 제안했습니다.

이것이 DC 발전기가 최종 형태를 취하는 방식입니다. 19세기에 교류로 전환되면서 수력발전소와 화력발전소에서는 교류발전기를 이용해 교류를 생산하기 시작했다. 하지만 그건 전혀 다른 이야기인데...

이 주제에 대해서는 다음을 참조하십시오.

안드레이 포브니