Найпростіша динамо машина схема та опис. Уривки попівського життя. Схема передньої фари з живленням від динамо-машини

Одним із популярних технічних пристроїв є динамо на велосипед. Саме про те, які існують типи цього пристрою, для чого використовується і їх особливості.

Типи динамомашин для велосипеда

Динамо для велосипеда – це електричний генератор, який виробляє енергію для живлення електроприладів встановлених на велосипеді, наприклад, фар або блоку живлення для навігатора.

На сьогоднішній день широкого поширення набули два види динамомашин для велосипеда, а саме: пляшкова динамка та динамо втулка.

Незалежно від типу, вони генерують електричну енергію за рахунок обертання магніту всередині котушки. Таким чином, у велосипедних динамо машинах якір є нерухомим елементом, а статор обертається.

Цей вид отримав свою назву за зовнішню схожість із звичайною пляшкою. Пляшкова динамо машина для велосипеда була найпоширеніша у нас у країні за часів радянського союзу. Вона має незаперечні переваги, до яких входить:

• Простота встановлення та демонтажу;
• Можливість відключення;
• Низька ціна.

У той же час, для пляшкового типу властиві недоліки, які в деяких випадках роблять її встановлення небажаним або взагалі неможливим. До них необхідно віднести:

• Установка тягне за собою появу асиметричної маси на вилці;
• Підвищена шумність під час роботи;
• Відносно мала вихідна потужність;
• Опір руху;
• Зниження ефективності за несприятливих погодних умов;
• Підвищення зношування покришки.

Всі ці недоліки зумовлені конструктивними особливостями, і без фундаментальних змін усунути їх неможливо.

Другий вид, популярність якого незмінно зростає — так звана динамо втулка.

В даному випадку динамомашина для велосипеда конструктивно виконана як колісна втулка. Вихідна напруга таких генераторів становить близько шести вольт при потужності до двох, а іноді трьох ват.

Всі переваги такої динамо-машини для велосипеда визначаються її конструктивною особливістю. До «плюсів» необхідно віднести:

• Абсолютна безшумність. Це досягається за рахунок конструктивного виконання у вигляді втулки для колеса;
• Динамо працює без використання ефекту тертя, а тому не впливає на зношування покришки та інших деталей;
• Повністю збалансована конструкція виключає дисбаланс на вилці;
• Висока ефективність. Оскільки немає поверхонь, що труться, прослизання не буде за будь-яких погодних умов;
• Повна ізоляція від сталевої конструкції велосипеда електричного кола проводки.

При цьому динамо втулка не може бути відключена, при русі вона працює постійно. Деякі фахівці вважають цей момент недоліком, проте об'єктивно, при відключеному навантаженні динамо не впливатиме на свободу обертання колеса, а тому вважати неможливість відключення за недолік буде докорінно невірно. Ще один момент - висока маса, хоча при ідеальному балансуванні, це не впливає на ходові якості велосипеда тією мірою, якою стане відчутно на практиці. Єдиний серйозний недолік – ціна та складність конструкції, а також те, що для встановлення такого генератора необхідно перебирати все колесо, а це, безперечно, потребує певних умінь та підготовки.

Отже, вибираючи динамо для свого двоколісного друга, пам'ятайте про безпеку, надійність і орієнтуйтеся на ваші фінансові можливості. Яка буде динаміка для велосипеда, вирішуватиме, безумовно, вам і нікому іншому.

Оскільки цей тип генератора набирає популярності, зупинимося на деяких його особливостях, які необхідно знати та розуміти.

Насамперед, якщо пляшковий генератор виробляє постійний електричний струм, то динамо втулка для велосипеда генерує змінну напругу. В чому різниця? Спробуємо розібратися, не заглиблюючись надміру електродинаміку.

Постійний струм має полюси: плюс і мінус. Такий струм завжди протікає в одному напрямку від плюса до мінуса. Змінна напруга не має полярності. Для того, щоб горіла звичайна лампа розжарювання, не має значення те, якою буде струм, постійний або змінний. Але для світлодіодної фари все інакше: світлодіоди будуть працювати тільки при постійному струмі і правильному підключенні. Якщо встановлюється динамо втулка на велосипед, підключати світлодіодну фару необхідно через спеціальний випрямний міст. Це буде актуальним для будь-яких споживачів енергії, розрахованих на харчування від джерела. постійного струму.

Установка динамо втулки

При установці пляшкового генератора труднощів не виникає, а ось втулка генератор для велосипеда змусить вас попрацювати.

Насамперед, оскільки сама конструкція такого генератора передбачає встановлення як несучу втулку, колесо доведеться зняти і повністю розібрати. Попередньо подбайте про комплект укорочених спиць. Після повного розбирання, зміцніть короткими спицями обід на втулці. Намагайтеся рівно і рівномірно встановити, поступово натягуючи спиці, а потім підтягуючи, зміцнити обід остаточно. Потім необхідно зробити балансування та перевірити на биття та дисбаланс.

Увага! У генераторі пляшкового типу на корпусі йде мінус живлення. Динамо втулка не має електричного контакту з корпусом, тому ви можете зробити електропроводку повністю ізольовану або використовувати в якості одного з провідників металеву раму. Якщо встановлюється випрямний міст, раму потрібно приєднувати після нього.

Я зробив цей фрикційний велогенератор для велосипеда, щоб живити ліхтарик та задні лампочки. Ідею та багато інформації для цього проекту педального генератора я знайшов в інтернеті.

Нещодавно я купив велосипед, для того, щоб їздити на роботу і містом, і вирішив, що заради безпеки мені потрібне підсвічування. Мій передній ліхтар живився від двох батарей АА, а задня лампочка від 2 батарей ААА, в інструкції було сказано, що переднє світло працюватиме 4 години, а заднє - 20 годин в режимі миготіння.

Хоча це і непогані показники, але все ж таки вимагають деякої уваги, щоб батарейки не сіли у невідповідний момент. Я купив цей байк за його простоту, єдина швидкість означає, що я можу просто сісти та поїхати, але постійна заміна батарей стає дорогою та ускладнює її використання. Додавши динаміку для велосипеда, я можу підживлювати батарейки прямо під час їзди.

Крок 1: Збираємо запчастини

Якщо ви хочете зібрати динамо машину своїми руками, то вам знадобиться кілька речей. Ось їх список:

Електроніка:

1. 1x кроковий двигун - я дістав свій зі старого принтера
2. 8 діодів - я використав персональну силову установку використала 1N4001
3. 1x Регулятор напруги - LM317T
4. 1x Макетна плата з друкованою платою
5. 2х резистора - на 150 Ом та на 220 Ом
6. 1x радіатор
7. 1x Роз'єм для батареї
8. Цілісний дріт
9. Ізоляційна стрічка

Механічні частини:

• 1x тримач для велосипедного відбивача - я зняв його з велосипеда, коли підключав світло.
• Алюмінієва кутова заготовка, вам знадобиться шматок довжиною приблизно 15 см
• Маленькі гайки та болти - я використовував гвинти від принтера і деякі інші б/у деталі
• Маленьке гумове колесо - прикріплюється до крокового двигуна і треться об колесо при його обертанні.

Інструменти:

• Дремель — він не зовсім необхідний, але робить ваше життя набагато простіше
• Свердла та биті
• Напильник
• Викрутки, гайкові ключі
• Макетна плата для тестування схеми, перш ніж ви поставите все на велосипед.
• Мультиметр

Крок 2: Створюємо схему

Показати ще 10 зображень

Давайте зробимо схему динамомашини для велосипеда. Непоганою ідеєю є перевірити все перед тим, як спаяти разом, тому спочатку я зібрав всю схему на макетній платі без припою. Я почав з роз'єму двигуна та діодів. Я розпаяв роз'єм від друкованої плати принтера. Розміщення діодів у такій орієнтації змінює змінний струм, що надходить від двигуна, на постійний струм (випрямляє його).

Кроковий двигун має дві котушки і вам необхідно переконатися, що кожна котушка підключена до одного набору діодних груп. Щоб дізнатися, які дроти від двигуна підключені до однієї і тієї ж котушки, просто потрібно перевірити контакт між проводами. Два дроти пов'язані з першою котушкою, і два з другою котушкою.

Як тільки схема буде зібрана на макетній платі без припою, перевірте її. Мій двигун виробляв до 30 вольт при нормальній їзді велосипедом. Це 24-вольтний кроковий двигун, тому його ефективність здається мені розумною.

При встановленому регуляторі напруги вихідна напруга становила 3,1 вольт. Резистори контролюють вихідну напругу, і я вибрав варіанти на 150 та 220 Ом для отримання 3,08 вольт. Перевірте цей калькулятор напруги LM317 щоб побачити, як я розрахував свої показники.

Тепер все потрібно спаяти на друкованій платі. Щоб зробити акуратні з'єднання, я використав маленький калібрувальний припій. Він швидше нагрівається та забезпечує краще з'єднання.

У файлі. PDF ви знайдете, як все пов'язано на друкованій платі. Вигнуті лінії - це дроти, а короткі чорні прямі лінії - це те, де вам потрібно спаяти перемички.

Файли
Файли

Крок 3: Встановлення двигуна

Кріплення двигуна було виконане з алюмінієвого куточка та кронштейна відбивача. Щоб змонтувати двигун, у алюмінії були просвердлені отвори. Потім, щоб звільнити місце для колеса, було вирізано одну сторону кута.

Колесо було прикріплене шляхом намотування ізоленти навколо валу двигуна доти, доки з'єднання не буде достатньо щільним, щоб надіти колесо прямо на ізоленту. Цей метод непогано працює, але у майбутньому його потрібно доопрацювати.

Як тільки двигун і колесо були приєднані до алюмінію, я знайшов на рамі відповідне місце, щоб все встановити. Я прикріпив заготовку до трубки сидіння. Рама мого велосипеда — 61 см, тому площа, на якій встановлено генератор, є досить великою в порівнянні з велосипедами меншого розміру. Просто знайдіть на своєму велосипеді найкраще місцедля встановлення генератора.

Після того, як я знайшов відповідне місце, я зробив позначки під алюмінієвий кронштейн із встановленим кронштейном відбивача, щоб його можна було обрізати за потрібним розміром. Потім я просвердлили отвори в кронштейні та алюмінію, і змонтував конструкцію на байку.

Я закінчив складання велосипедного генератора на 12 вольт, прикріпивши двома стійками проектну коробку до алюмінієвого кріплення.

Крок 4: Підчіплюємо дроти

Динамомашина для велосипеда зібрана, тепер все, що потрібно – просто підключити дроти до лампочок. Я проштовхнув кінці проводів за клемами акумулятора до передньої фари, потім просвердлив отвір у її корпусі, щоб пропустити дроти всередину. Потім дроти були підключені до гнізда акумулятора. У проектній коробці також потрібно буде зробити отвори для дротів.

Мал. 1. Диск Фарадея

У попередніх статтях даного циклу розглядалися перші електричні двигуни, створені на початку ХІХ століття з живленням від єдиного відомого джерела – гальванічної батареї. Низька економічна ефективність такого електрохімічного джерела, що перешкоджає заміні парових двигунів електричними, змушувала винахідників шукати інші електромеханічні способи генерації електроенергії. У цій статті відображено процес створення електрогенераторів постійного струму, в результаті якого було відкрито явище самозбудження за рахунок позитивного зворотного зв'язку, яке називається принципом динамо.

Перший електромеханічний генератор був запропонований Фарадеєм в 1832 відразу після відкриття ним закону електромагнітної індукції (рис. 1). Диск Фарадея містить: статор у вигляді підковоподібного магніту - 1 і мідний диск (ротор) - 2, з рухомими контактами на осі та обід.

При обертанні диска в магнітному полі в ньому наводиться ЕРС постійного знаку, що викликає індукційні струми, Що поточні за правилом правої руки радіально, тобто між віссю та ободом (в даному випадку, знизу вгору). За правилом Ленца індукційні струми утворюють магнітний потік, що перешкоджає потоку магніту, тобто спрямований уздовж осі обертання диска. Це єдиний відомий уніполярний генератор постійного струму, що застосовується для вироблення великих струмів досі. Решта генераторів постійного струму є, по суті, генераторами змінного струму з випрямлячем (комутатором) на виході.

Мал. 2. Генератор Піксі

Перший генератор змінного струму був побудований у Франції майстром Іполитом Піксі (Hippolyte Pixii) у тому ж 1832 . За своє коротке життя у 27 років Піксі створив багато наукових приладів, включаючи дилатометричний термометр та вакуумний насос. Генератор Піксі показано на рис. 2, де позначені: 1 – статор з двома котушками, включеними послідовно, 2 – ротор із постійним магнітом, 3 – щітковий комутатор (випрямляч). Силові лінії магніту, що обертається, перетинають обмотку котушок, наводячи в них ЕРС, близьку до гармонійної. Ідея котушок і магніту, що обертається, належить винахіднику, який надіслав лист Фарадею, підписаний латинськими ініціалами P.M. Імовірне ім'я винахідника – Фредерік Мак Клінток (Frederick Mc-Clintock) – тривалий час залишалося невідомим. Фарадей негайно опублікував цей лист у науковому журналі. Однак цей пристрій генерував змінний струм, тоді як на початку XIX століття застосовувався лише постійний струм. Тому Піксі за порадою Ампера забезпечив його щітковим комутатором. Генератор Піксі використовувався Е. Х. Ленцем для доказу відкритого ним у 1833 р. принципу оборотності електричної машини. Однак ще довго двигуни та генератори розвивалися окремо.

При створенні високовольтного дистанційного підривника морських мін 1842 р. Якобі запропонував помістити магніти на статорі, а обмотку на роторі, що підвищило компактність генератора. Генератор Якобі представлений на рис. 3 , де позначені: 1 - статор з двома постійними магнітами, 2 - вал, 3 - якір (ротор з обмоткою), 4 - комутатор, 5 - мультиплікатор, тобто підвищує редуктор збільшення швидкості обертання ротора.

Мал. 3. Генератор Якобі

Аналогічну конструктивну схему мав генератор, запропонований англійським інженером Фредеріком Холмсом (Frederick Holmes) для запатентованої ним дугової лампи. Для серійного виробництва генераторів у 1856 р. було створено компанію «Альянс». Вид генератора представлено на рис. 4, де: 1 – статор із постійними магнітами; 2 - ротор з обмоткою (якір); 3 – відцентровий регулятор; 4 – механізм зсуву щіток.

У ньому використовувався відцентровий регулятор Уатта для автоматичної підтримки вихідної напруги шляхом зсуву щіток з нейтралі при зміні струму навантаження, що забезпечувало компенсацію реакції якоря. Генератор мав 50 постійних магнітів, розвивав потужність 10 л. за вагою до 4 тонн. Усього було випущено понад 100 генераторів «Альянс», що застосовувалися, окрім дугових прожекторів маяків, та в гальванопластіці.

Мал. 4. Генератор "Альянс"

В експлуатації у машин з постійними магнітами виявився неприємний недолік зниження вихідної напруги через поступове розмагнічування магнітів від вібрації та старіння. Іншим недоліком збудження від постійних магнітів була неможливість регулювання їх магнітного потоку для стабілізації напруги, що генерується. Для боротьби з цими вадами пропонувалося застосувати електромагнітне збудження, що забезпечує ще й, як зазначалося у статті, більшу компактність. Так, успішний англійський винахідник Генрі Уайльд (Henry Wilde) отримав у 1864 р. патент на генератор з окремим збудником малопотужним на постійному магніті, встановленому на загальному валу з генератором . Уайльд у відсутності університетського освіти, починав свою кар'єру учнем механіка, але вдалося налагодити виробництво своїх генераторів для гальванопластики. Тим не менш, ставало ясно, що наявність постійних магнітів у генераторах – серйозне гальмо розвитку телеграфії та електричного освітлення.

Кардинальне вирішення проблеми з'явилося після відкриття можливості самозбудження генераторів, названого Сіменсом динамоелектричним принципом, або принципом динамо. Ідея самозбудження у тому, що – як показано на рис. 5 - початковий потік збудження при пуску машини створюється залишковою намагніченістю магнітопроводу, де напруга генератора знімається з обмотки якоря Я, а збудження машини виконується або обмоткою ОВ1, включеної послідовно з навантаженням Rн, або обмоткою ОВ2, включеної паралельно якорю через регулювальний резистор R(Так зване шунтове збудження). Далі потік збудження збільшується за рахунок позитивного зворотного зв'язку від струму, що генерується.

Мал. 5. Схема генератора із самозбудженням

Одним з перших на можливість самозбудження генератора вказав у патенті 1854 датський інженер і організатор залізничного сполучення Сорен Хіорт (S?ren Hjorth). Проте, побоюючись слабкості залишкової намагніченості, доповнив генератор постійними магнітами. Цей генератор Хіорт так і не був реалізований. Незалежно від Хіорта ідею самозбудження висловив в 1856 професор Будапештського університету Аньеш Йедлік (?nyos Jedlik). Він також запропонував один із перших електродвигунів, описаний у статті . Однак Єдлік своїх винаходів не патентував і відомості про них публікував дуже скупо, тому його новаторські пропозиції залишилися непоміченими.

Практично ідея самозбудження була реалізована лише через десять років в той самий час декількома винахідниками. У заявці на патент у грудні 1866 р. інженер англійської телеграфної компанії учень Фарадея Самюель Варлей (Samuel Alfred Varley) запропонував схему генератора, аналогічного генератору Якобі, в якому, однак, обмотка збудження заміняла постійні магніти. Схема генератора показано на рис. 6, де: 1 - електромагніти збудження, 2 - якір, 3 - комутатор, 4 - додатковий регулювальний резистор. Перед пуском осердя збудження намагнічувалася постійним струмом.

Мал. 6. Генератор Варлея

Через місяць, у січні 1867 р., у Берлінській Академії наук була представлена ​​доповідь відомого німецького винахідника та промисловця Вернера Сіменса (Werner Siemens) з докладним описомгенератора із самозбудженням, названого ним динамо-машиною. Перед пуском генератор вмикався як двигун для намагнічування збудження. Згодом Сіменс налагодив широкий промисловий випуск таких генераторів у Німеччині.

У лютому того ж 1867 р. відомий англійський фізик Чарльз Уітстон (Charles Wheatstone) запатентував і продемонстрував генератор із шунтовим збудженням (рис. 5). Власник майстерні музичних інструментів, який перейняв справу від свого батька, згодом професор Королівського коледжу King's College у Лондоні, Уітстон відомий також своїми винаходами методу вимірювання опору (міст Уітстона), однофазного синхронного електродвигуна, музичного інструменту концертино, стереоскопа, хроноскопа (електричного секундоміра) та вдосконаленого виду телеграфа Шилінга.

У пресі виникла дискусія про пріоритет цього технічного рішення, на який претендували також Уайльд і Хіорт. Слід зазначити, що є три види пріоритету: науковий, патентний та промисловий. Науковий пріоритет належить вченому, який вперше опублікував або публічно продемонстрував будь-який пристрій, ефект або теорію. Промисловим пріоритетом володіє особа чи компанія, що вперше налагодили виробництво виробу та його широке впровадження. Наприклад, при відкритті радіо науковий пріоритет належить Попову, а патентний і промисловий – Марконі. Щодо генератора із самозбудженням слід визнати патентний пріоритет за Варлеєм, науковий – за Йедліком та Сіменсом, а промисловий – за Сіменсом. Уітстону ж належить пріоритет у приватному, хоч і дуже важливому, технічному рішенні – шунтовому збудженні.

Подальше поліпшення характеристик динамо-машини було пов'язане зі зміною конструкції її якоря шляхом застосування в 1867 р. бельгійським електротехніком Зіновієм Граммом (Zenobe Gramme) кільцевого якоря, а потім впровадженням барабанної намотування, запропонованої в 1872 р. Гефнером Альтенеком компанії Сіменс-Гальське . Після цього електродвигуни та генератори практично набули сучасного вигляду. Однак до кінця XIX століття у зв'язку з широким використанням систем змінного струму основна частка електроенергії на гідро- та теплових електростанціях вироблялася вже генераторами змінного струму.

Мал. 7. Модель геодинамо

Що стосується самого принципу динамо, то про нього знову згадали вже в ХХ столітті для пояснення причин земного магнетизму, яке Ейнштейн в 1905 назвав однією з п'яти головних загадок тогочасної фізики. Досі остаточної відповіді, підтвердженої комп'ютерним моделюванням або фізичними експериментами, не отримано, але найпопулярнішою є теорія, яка називається гідромагнітним динамо (геодинамо). Ще з часів Вільяма Гільберта (кінець XVI століття) встановлено, що Земля – це гігантський магніт, силові лінії якого від південного полюса до північного. Відповідно до рівнянь Максвелла, магнітні потоки можуть створюватися тільки струмами, тому природно було припустити, що Земля – це електромагніт, струми якого течуть у площинах, паралельних екватору, а сердечником служить тверде феромагнітне ядро ​​Землі, показане на рис. 7, з передбачуваним вертикальним розташуванням осі обертання Землі. Це залізонікелеве ядро ​​(1) діаметром близько 1200 км оточене рідкою оболонкою (2) з тих же металів товщиною 2300 км, за яким йдуть гірські породи мантії та кори Землі.

Якщо припустити, що внаслідок обертання Землі (3) у рідкій оболонці ядра утворюються концентричні течії в площинах, паралельних екватору (на малюнку не показані), то в них можуть індуктуватися струми за рахунок перетину силових ліній (4) магнітним потоком від твердого ядра – як у генераторі Фарадея. Однак тверде ядро ​​принципово не може бути намагніченим, оскільки його температура, викликана термоядерними реакціями, вище 5000 про С (як на поверхні Сонця), а всі феромагнітні матеріали втрачають свої магнітні властивості вище точки Кюрі (близько 750 про С). Крім того, вчені не могли запропонувати розумного пояснення причин утворення таких концентричних течій. Тому нині прийнято складнішу модель, звану конвективним геодинамо.

Температура поверхні рідкого ядра на кордоні з мантією (5) приблизно на 600 про С нижче температури твердого ядра, що викликає радіальні конвективні потоки рідини (6), які під дією каріолісових сил, викликаних обертанням Землі, закручуються у вихори (7), вісь обертання яких збігається із віссю обертання Землі. Далі у цих рідких вихорах, аналогічно диску Фарадея, індуктуються струми, що утворюють магнітні потоки (4) вздовж осі обертання Землі.

Більш складним є питання про початкову освіту магнітного поля Землі. У 1919 р. ірландський фізик і математик Джозеф Лармор (Joseph Larmor), випускник Кембриджського університету, один із творців теорії електрона та засновників релятивістської теорії, запропонував для його вирішення ідею самозбудження, аналогічного процесу в динамо-машині. Необхідна первісна намагніченість мантії Землі могла бути викликана магнітним полем Сонця, спрямованим уздовж осі обертання. Потім за рахунок механізму позитивного зворотного зв'язку у вихорах рідини поступово наростали струми, що намагнічують мантію, поки локальне нагрівання рідкого ядра за рахунок омічних втрат не почало руйнувати конвективні потоки і магнітне поле Землі не прийняло стійкий сучасний рівень.

Зараз багато цифрової техніки виходить із ладу, комп'ютери, принтери, сканери. Час такий – старий замінюється новим. Але техніка, що вийшла з ладу, ще може послужити, хоч і не вся, але окремі її частини вже точно.
Ось, наприклад, у принтерах і сканерах використовуються крокові двигуни різних розмірів та потужностей. Справа в тому, що вони можуть працювати не тільки як двигуни, а й як генератори струму. Фактично це чотирифазний генератор струму вже є. І якщо прикласти до двигуна навіть невеликий момент, що крутить, - на виході з'явиться значно велика напруга, якої цілком вистачить, щоб зарядити малопотужні акумулятори.
Я пропоную зробити механічний динамо ліхтарик із крокового двигуна принтера чи сканера.

Виготовлення ліхтарика

Перше, що потрібно зробити, це знайти відповідний кроковий двигун невеликих розмірів. Хоча, якщо ви хочете зробити ліхтарик більшим і помічнішим - беріть великий двигун.

Далі мені знадобиться корпус. Я взяв готовий. Ви можете взяти мильниці, або взагалі склеїти корпус самостійно.

Робимо отвір під кроковий двигун.

Встановлюємо та приміряємо кроковий двигун.

Від старого ліхтарика беремо передню панель із відбивачами та світлодіодами. Все це можна звісно зробити і самому.

Випилюємо паз під фару.

Встановлюємо світило від старого ліхтарика.

Робимо виріз під кнопку та встановлюємо її в паз.

На вільній ділянці розміщуємо плату, на якій розміщуватимуться електронні компоненти.

Електроніка ліхтарика

Схема

Щоб світлодіоди світили їм потрібен постійний струм. Генератор виробляє змінний, тому потрібен чотирифазний випрямляч, який збиратиме струм з усіх обмоток двигуна і концентруватиме його в одному ланцюгу.

Далі отриманий струм заряджатиме акумулятори, які зберігатимуть отриманий струм. В принципі, можна обійтися і без акумуляторів - використовуючи потужний конденсатор, але тоді буде тільки в момент кручення генератора.
Хоча є ще одна альтернатива - використовувати іоністор, але для його заряджання знадобиться значний час.
Збираємо плату за схемою.

Усі частини ліхтарика готові до збирання.

Складання динамо ліхтаря

Прикріплюємо плату на шурупи.

Ставимо кроковий двигун і припаюємо його дроти до плати.

Підключаємо дроти до вимикача та фари.

Ось майже зібраний ліхтар із усіма частинами.

Динамо-машинами в позаминулому столітті стали називати генератори постійного струму - перші промислові генератори, які пізніше були витіснені генераторами змінного струму, придатного для перетворення за допомогою трансформаторів, і вкрай зручного для передачі на великі відстані з незначними втратами.

Сьогодні під словом "динамо", як правило, мають на увазі маленькі велосипедні генератори (для фар) або ручні генератори (для туристичних ліхтариків). Що стосується промислових генераторів, то на сьогоднішній день все це – генератори змінного струму. Однак, згадаймо, як розвивалися і вдосконалювалися перші «динамо».

Перший зразок генератора постійного струму, або уніполярного динамо, був запропонований у далекому 1832 Майклом Фарадеєм, коли він тільки відкрив явище електромагнітної індукції. То справді був так званий «диск Фарадея» - найпростіший генератор постійного струму. Статором у ньому служив підковоподібний магніт, а в якості ротора виступав мідний диск, що обертається вручну, вісь і край якого перебували в контакті з струмознімальними щітками.

Коли диск обертали, то в тій частині диска, яка перетинала магнітний потік між полюсами статора магніту, наводилася ЕРС, що приводить, якщо ланцюг між щітками був замкнутий на навантаження, до появи радіального струму в диску. Подібні уніполярні генератори до цього часу використовуються там, де потрібні великі постійні струми без випрямлення.

Генератор змінного струму вперше побудував француз Іполит Піксі, це сталося того ж 1832 року. Статор динамо-машини містив послідовно включені пару котушок, ротор являв собою підковоподібний постійний магніт, крім того в конструкції був щітковий комутатор.

Магніт обертався, перетинав магнітним потоком сердечники котушок, наводив у них гармонійну ЕРС. А автоматичний комутатор служив для випрямлення та отримання у навантаженні постійного пульсуючого струму.

Пізніше, в 1842 році, Якобі запропонує розмістити магніти на статорі, а обмотку - на роторі, який також обертався б через редуктор. Це зробить генератор компактнішим.

У 1856 році, для живлення серійних дугових ламп Фредеріка Холмса, (ці лампи використовували в прожекторах маяків), самим Фредеріком Холмсом була запропонована конструкція генератора, схожа на генератор Якобі, але доповнена відцентровим регулятором Уатта для підтримки напруги на лампі постійним при що досягалося шляхом автоматичного зсуву щіток.

Тим часом, машини з постійними магнітами відрізнялися одним істотним недоліком — магніти втрачали згодом намагніченість і псувалися від вібрації, в результаті напруга, що генерується машиною, ставала згодом дедалі нижчою. При цьому намагніченістю не можна було керувати, щоб стабілізувати напругу.

Як рішення прийшла ідея електромагнітного збудження. Ідея спала на думку англійського винахідника Генрі Уайльда, який у 1864 році запатентував генератор зі збудником на постійному магніті, - магніт збудження просто монтувався на валу генератора.

Пізніше справжню революцію в генераторах здійснить німецький інженер Вернер Сіменс, який відкриє справжній динамоелектричний принцип і поставить виробництво нових генераторів постійного струму на потік.

Принцип самозбудження полягає в тому, щоб використовувати залишкову намагніченість сердечника ротора для пускового збудження, а потім, коли генератор збудиться, використовувати в якості струму навантаження, що намагнічує струм, або включити в роботу спеціальну обмотку збудження, що живиться генерованим струмом паралельно навантаженню. В результаті, позитивна Зворотній зв'язокпризведе до збільшення магнітного потоку збудження струмом, що генерується.

Серед перших принцип самозбудження, або динамоелектричний принцип, відзначить інженер з Данії Сорен Хіорт. Він згадає у своєму патенті від 1854 можливість використання залишкової намагніченості з метою реалізації явища електромагнітної індукції для отримання генерації, однак, побоюючись того, що залишкового магнітного потоку буде недостатньо, Хіорт запропонує доповнити конструкцію динамічно постійними магнітами. Цей генератор не буде втілений.

Пізніше, 1856 року, аналогічну ідею висловить Аньєш Йедлік — член Угорської академії наук, але нічого не запатентує. Лише через 10 років Самюель Варлей, учень Фарадея, реалізує на практиці принцип самозбуджувального динамо. Його заявка на патент (1866) містила опис пристрою дуже схожого на генератор Якобі, тільки постійні магніти вже були замінені обмоткою збудження - електромагнітами збудження. Перед стартом сердечники намагнічували постійним струмом.

На початку 1867 року в Берлінській Академії наук з доповідями виступав винахідник Вернер Сіменс. Він представив публіці генератор, схожий на генератор Варлея, названий «динамо-машиною». Старт машини здійснювався в режимі двигуна, щоб обмотки збудження намагнітилися. Потім машина перетворювалася на генератор.

Це була справжня революція у розумінні та проектуванні електричних машин. У Німеччині розпочався широкий випуск динамо-машин Сіменса – генераторів постійного струму із самозбудженням – перших промислових динамо-машин.

Конструкція динамо-машин з часом змінювалася: Теофіл Грамм, у тому 1867 року, запропонував кільцевої якір, а 1872 року головний конструктор компанії Сіменс-Гальське, Гефнер Альтенек, запропонує барабанну намотування.

Так генератори постійного струму приймуть свій остаточний вигляд. У 19 столітті, з переходом на змінний струм, гідроелектростанції та теплові електростанції будуть виробляти вже змінний струм на генераторах змінного струму. Але це вже зовсім інша історія...

Дивіться також на цю тему:

Андрій Повний