Принцип работы динамо машины: принцип работы генератора постоянного тока, особенности устройства, роль якоря и коллектора

HydroMuseum – Гидрогенератор

Динамо-машина Йедлика

В 1827 венгр Аньош
Иштван Йедлик начал экспериментировать с электромагнитными вращающимися
устройствами, которые он называл электромагнитные самовращающиеся роторы. Суть
его идеи состояла в использовании вместо постоянных магнитов двух противоположно
расположенных электромагнитов, которые создавали магнитное поле вокруг ротора.

Динамо-машина стала первым электрическим генератором,
способным вырабатывать мощность для промышленности. Работа динамо-машины
основана на законах электромагнетизма для преобразования механической энергии в
пульсирующий постоянный ток. Постоянный ток вырабатывался благодаря
использованию механического коммутатора. Первая динамо-машина была построена Hippolyte
Pixii в 1832.

Пройдя ряд менее значимых открытий, динамо-машина
стала прообразом, из которого появились дальнейшие изобретения, такие как
двигатель постоянного тока, генератор переменного тока, синхронный двигатель,
роторный преобразователь.

Динамо-машина состоит из статора, который создает
постоянное магнитное поле, и набора вращающихся обмоток, вращающихся в этом
поле. На маленьких машинах постоянное магнитное поле могло создаваться с
помощью постоянных магнитов, у крупных машин постоянное магнитное поле
создается одним или несколькими электромагнитами, обмотки которых обычно
называют обмотками возбуждения.

Большие мощные динамо-машины сейчас можно редко где
увидеть, из-за большей универсальности использования переменного тока на сетях
электропитания и электронных твердотельных преобразователей постоянного тока в
переменный. Однако до того, как был открыт переменный ток, огромные
динамо-машины, вырабатывающие постоянный ток, были единственной возможностью
для выработки электроэнергии. Сейчас динамо-машины являются редкостью.

Диск
Фарадея

В 1831—1832 Майкл
Фарадей открыл принцип работы электромагнитных генераторов. Принцип,
позднее названный законом Фарадея, заключался в том, что разница потенциалов
образовывалась между концами проводника, который двигался перпендикулярно
магнитному полю. Он также построил первый электромагнитный генератор, названный
«диском Фарадея», который являлся униполярным генератором, использовавшим медный
диск, вращающийся между полюсами подковообразного магнита. Он вырабатывал
небольшое постоянное напряжение и сильный ток.

Конструкция была несовершенна, потому что ток
самозамыкался через участки диска, не находившиеся в магнитном поле. Паразитный
ток ограничивал мощность, снимаемую с контактных проводов и вызывал бесполезный
нагрев медного диска. Позднее в униполярный генераторах удалось решить эту
проблему, расположив вокруг диска множество маленьких, распределенных по всему
периметру диска, чтобы создать равномерное поле и ток только в одном
направлении.

Другой недостаток состоял в том, что выходное
напряжение было очень маленьким, потому что образовывался только один виток
вокруг магнитного потока. Эксперименты показали, что используя много витков провода
в катушке можно получить часто требовавшееся более высокое напряжение. Обмотки
из проводов стали основной характерной чертой всех последующих разработок
генераторов.

Однако, последние достижения (редкоземельные магниты),
сделали возможными униполярные двигатели с магнитом на роторе, и должны внести
много усовершенствований в старые конструкции.

Трёхфазный генератор переменного тока

  

Доливо-Добровольский Михаил Осипович
(21.12.1861(2.1.1862) — 15.11.1919).

Русский электротехник,
создатель техники трехфазного тока. Поступил на работу конструктором на заводы
электротехнической компании Т. Эдисона
(впоследствии фирма AEG; с 1909 г. директор этой фирмы).

М.О. Доливо-Добровольский 
усовершенствовал электромагнитные амперметры и вольтметры для измерения
постоянного и переменного токов.  В 1888
г. построил первый трехфазный генератор переменного тока с вращающимся полем
мощностью 2,2 кВт. В этот же период разработал все элементы трехфазных цепей переменного тока. Предложил
асинхронный двигатель трёхфазного переменного тока с ротором из литого железа с
насаженным полым медным цилиндром.

В 1891 на Всемирной
электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне Доливо-Добровольский М.О. продемонстрировал первую в мире
трехфазную систему передачи электроэнергии на расстояние около 170 км. В
1919 Доливо-Добровольский
М.О. выдвинул положение о том, что передача электрической мощности переменным
током на большие расстояния (сотни и тыс. км) окажется нерациональной
из-за значительных потерь в линии.

Электрические характеристики бутылочных динамо-машин для велосипедов

История динамо-машин для велосипедов.

Велосипедные динамо-машины представляют из себя обычные генераторы переменного тока, оборудованные постоянными магнитами. Они могут работать при достаточно низкой частоте вращения колеса.

Бутылочные динамо-машины, работающие на боковой поверхности колеса, которые много лет были самыми популярными, сейчас вытеснены динамо-втулками. Существуют также динамо-машины другого типа: динамо-машина на спицах колеса, роликовая динамо-машина, но они не получили широкого распространения.

В статье будут рассмотрены электрические характеристики бутылочных велосипедных динамо-машин и способы получения максимальной мощности.

Мощность динамо-машин.

В Европе большинство велосипедных динамо-машин рассчитаны на 3 Вт (это 500 мА при напряжении 6 В). Мощность фары, работающей от динамо-машины, зависит от скорости. Обычно она нулевая при остановке, на средней скорости — 3 Вт, на очень большой скорости — всего немного более 3 Вт. Чтобы не сжечь лампы, некоторые производители устанвливают в динамо-машины ограничивающие опорные диоды и другие механизмы защиты от перенапряжения.

Испытательный стенд.

Протестировано три генератора (слева направо): Busch + Müller
Dymotec6, AXA HR и один дешёвый китайский.

1. У B&M Dymotec6 хорошая механика. Она хорошо бежит по покрышке. Её часто можно встретить на качественных туристических велосипедах. В 2004 году эту динамо-машину купить можно было за 24.90 евро.
2. AXA HR оснащена сильными магнитами. Из всех протестриованных генераторов даёт наибольший ток. Для ограничения выходного напряжения предусмотрено два последовательно подключенных опорных диода (BZX 85C 7V5). Перед проведением измерений вскрыли пластмассовый корпус и удалили эти диоды. Её часто устанавливают на велосипеды известных производителей. Цена AXA HR 16.99 евро.
3. У дешёвой китайской динамо-машины магнитные характеристики немного хуже чем у Dymotec6. Механика не рассчитана на интенсивное использование, но она соотвествует всем нормам. Она скреплена двумя винтами и её можно полностью разобрать. Ею обычно комплектуют «ашанбайки». Она может пригодится велосипедистам редко катающимся в темноте, так как её можно купить всего за 3.45 евро.

Инструменты.

Для измерения электрических характеристик велосипедных динамо-машин мы создали инструмент, который измеряет скорость велосипеда основываясь на количестве оборотов генератора за минуту:

Собрали его из фонарика Panasonic и велокомпьютера Trelock FC 404. Также необходимо дополнительная схема (смотрите ниже) ограничения переменного напряжения динамо-машины и понижения его до частоты, которую может обработать велокомпьютер.

Сначала мы пытались использовать дешёвый велокомпьютер, но вскоре обнаружили, что он сильно округляет показания на высокой скорости. Поэтому заменили его на фирменный Trelock FC 404, который показывает скорость с точностью до десятых долей км/час.

Чтобы правильно выставить в велокомпьютере окружность колеса, необходимо знать диаметр колеса и число полюсов магнита динамо-машины. Большинство бутылочных динамо-машин имеют 8 полюсов — их можно почувствовать, как 8 шагов при обороте колеса (или измерить 4 полных синусоиды за один оборот). Формула расчёта окружности колеса, вводимой в велокомпьютер:

2πDn/p, где D — диаметр колеса, n — коэффициент деления CD4060 (Q4=16), p — количество полюсов магнита.

Для измерений приведённых ниже также используются мультиметр, осциллограф, лабораторный блок питания и регулируемая нагрузка, основанная на микросхеме линейного регулятора LM317T.

Измерения.

Максимальная мощность динамо-машин.

Установка: Динамо-машина, удвоитель напряжения Гриначера с двумя 1N5818 и двумя 1000uF, нагрузка 100 — 250 мА, спидометр подсоединённый к динамо-машине.

Методика: Запускаем динамо-машину на 15 км/час. Измеряем напряжение параллельно нагрузке по току 100, 130, 160, 190, 220, 250 мА. Повторяем на 40 км/час. Повторяем для каждой динамо-машины. Зная напряжение и ток подсчитываем мощность. Строим график мощности и тока.

Результаты: AXA HR выдаёт максимальную мощность при токе 200 мА (после удвоителя напряжения), B&M Dymotec6 при 180 мА, дешёвая динамо-машина при 160 мА. Вне зависимости от скорости у AXA HR самая высокая мощность, а у дешёвой динамо-машины самая низкая.

Выводы: Максимальная мощность достигается при определённом токе, она мало зависит от скорости, а преимущественно зависит от самой динамо-машины. Короче говоря: Динамо-машина — это источник тока.

Мощность и скорость Dymotec6.

Кривые для других моделей аналогичны кривой для Busch&Müller Dymotec6 с той только разницей, что мощность будет немного больше или меньше.

Установка: Dymotec6, удвоитель напряжения Гриначера с двумя 1N5818 и двумя 1000uF, нагрузка на 180 мА, спидометр.

Методика: Запускаем динамо-машину на 4, 5, 7, 9, 12, 15, 19, 24, 31, 40, 50 км/час и измеряем напряжение параллельно нагрузке. Подсчитываем для каждой скорости мощность =
измеренное напряжение × 180 мА тока и строим график.

Вывод: С хорошо подобранной нагрузкой на средней скорости Dymotec6 выдаёт 2.7 Вт, на высокой скорости 5 Вт и на очень высокой скорости 6 Вт. Данные показатели достигаются без изменения динамо-машины.
Вопрос: Почему не перегорает лампочка в стандартной фаре на 3 Вт подключённой к Dymotec6 на скорости 50 км/час?
Ответ: Потому что на такой скорости нагрузка подобрана неправильно (ток тоже большой) и лампочка не потребляет максимальную мощность.
Вопрос: Где теряется энергия, если нагрузка не потребляет максимально возможную мощность?
Ответ: Она не пропадает. Просто динамо-машина вращается с меньшим усилием. Попробуйте на полной скорости замкнуть выходы динамо-машины — ток сильно упадёт.

Производительность Dymotec6 при разной температуре.

Во время работы динамо-машины возрастает её температура. Мы тестировали B+M Dymotec6 на скорости 50 км/час при температуре 23º C. Подключены схема удвоителя Гриначера (два 1N5818 и два 1000uF) и нагрузка 180 мА. Измерялась выделяемая на нагрузке мощность. Эксперимент производился на стационарной платформе, поэтому динамо-машина не охлаждалась. Приблизительно через 20 минут её мощность снижается с 100% до 80%. Через 10 минут наблюдается ещё некоторое падение мощности. Через 30 минут температура корпуса составила 89º C. Внутри наверное ещё жарче.

Далее прикрутили обычный 80 миллиметровый компьютерный кулер для имитации охлаждения, которое возникает при движении на велосипеде. Мощность начала расти и в итоге достигла 89% от начального значения. Температура остановилась приблизительно на 40º C.

Для этого эксперимента была выбрана Dymotec6, так как в ней среди всех протестированных динамо-машин наилучшая механика. С ней ничего не случилось в течении двух часов при производстве 5 Вт энергии на скорости 50 км/час. Многие динамо-машины не выдерживают такую нагрузку. Из-за высокой внутренней температуры страдают подшипники, которые быстро изнашиваются. Если при вращении магнит приходит в соприкосновение со статором, то из-за трения резко увеличивается внутренняя температура, что приводит к оплавлению корпуса и заклиниванию ротора. На нашей установке это приведёт только к отсоединению мотора от динамо-машины, тогда как на реальном велосипеде переднее колесо может внезапно развалится вследствие разрушения валом ротора покрышки, обода или спиц. Поэтому лучше никогда не покупайте дешёвые динамо-машины.

Bigshot: Learn — Power Generator

Загружаемые PDF-файлы Английский Японский Учи С Бигшот

Пред. Введение Шестерни Коробка передач Электромагнетизм Динамо Батарея Схема Иллюстрации Следующий Динамо Рис. 5: Простая динамо-машина Динамо-машина — это устройство, преобразующее механическую энергию в электрическую. На рис. 5 показана структура простого динамо. 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 индуцирует напряжение внутри катушки. В течение первой половины оборота левая сторона катушки качается северным полюсом левого магнита, а вторую половину оборота – южным полюсом правого магнита. В результате для первой половины катушка генерирует напряжение одной полярности (либо положительной, либо отрицательной), а для второй половины напряжение имеет противоположную полярность. Этот тип напряжения — тот, который переключается между положительным и отрицательным — называется переменным напряжением . На рис. 6а показано типичное переменное напряжение синусоидальной формы, генерируемое в катушке динамо-машины. Высота синусоидальной волны, которая представляет собой силу напряжения, индуцируемого в катушке, зависит от напряженности магнитного поля, количества витков в катушке и скорости вращения катушки [1]. Вращающаяся катушка динамо-машины подключается к питающей ее цепи 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 стационарные щетки , обычно изготовленные из углерода, прижимаются к вращающемуся коллектору. Щетки действуют как клеммы (выходы) динамо-машины.   Рисунок 6a: Наведенное напряжение   Рисунок 6b: Выпрямленное напряжение Помимо работы в качестве выводов катушки, вырабатывающей электричество, коммутатор выполняет еще одну очень важную функцию. Он удерживает генерируемое динамо-машиной напряжение от чередования положительного и отрицательного. Каждая щетка скользит по двум половинам коммутатора, переключая половины в тот момент, когда напряжение в катушке меняет полярность. Это гарантирует, что напряжение, создаваемое динамо-машиной, больше не колеблется между положительным и отрицательным, а вместо этого всегда положительное. Этот тип напряжения называется постоянного напряжения , и показано кривой на рисунке 6б. Этот процесс, при котором переменное напряжение преобразуется в постоянное напряжение, называется выпрямлением [3]. Пред. Следующий Каталожные номера [1] C. S. Siskind, Электрические машины постоянного и переменного тока . Макгроу-Хилл, 19 лет50. [2] «Коммутатор». Википедия, свободная энциклопедия. [Онлайн]. Доступно: http://en.wikipedia.org/wiki/Commutator_(electric). [Доступ: 3 июня 2012 г.]. [3] «Выпрямитель». Википедия, свободная энциклопедия. [Онлайн]. Доступно: http://en.wikipedia.org/wiki/Rectifier. [Доступ: 3 июня 2012 г.].

Что такое велосипедная динамо-машина (и как она работает)?

Есть много способов определить возраст человека, не спрашивая его. Любое путешествие по переулку памяти, связанное с музыкальной отсылкой. Или как это было смотреть футбольный матч.

Возможно, одним из самых показательных являются смутные воспоминания об игре на улице. Как далеко вы могли бы зайти, если бы ваши родители не узнали и не заметили, куда вы ушли. И пришедшая с этим свобода.

Я одолжил у отца велосипед с фиксированными колесами для одного такого приключения, поскольку мой недавно был украден. Он использовал его для работы. Это не было гламурно, тяжелая стальная машина с черным напылением и тяжелыми колесами. Я изо всех сил пытался дотянуться до педалей-медвежьих капканов, которые заставляли меня благодарить за фиксированное вращение колеса, чтобы они не могли врезаться в мои голени.

Помимо новизны движения вверх и вниз, как на карусели во время вращения педалей, я помню динамо-машину, которую я включил, когда небо начало темнеть, а мир вокруг меня стал совершенно особенным оранжевым, как витраж. окна производства Quality Street.

Если вы помните переднюю и заднюю фары Tombstone Ever-Ready, для каждой из которых требовалось по две батареи D, то вы оцените простоту и элегантный дизайн динамо-машины.

Гонщики Audax и гонщики на выносливость возвращаются к динамо-машине как к источнику света, который зависит от наших собственных усилий по освещению дороги. В устойчивом мире покупка потребительского товара, такого как аккумулятор, на одну покупку меньше — тоже неплохо. Давайте посмотрим, как мы создаем электричество и освещаем наш мир на дорогах и переулках.

Что такое велосипедная динамо-машина?

Это метод, при котором движение колеса генерирует электрический ток. Это передается для обеспечения энергии. Традиционная динамо-машина называется боковой или бутылочной динамо-машиной. Современные версии питаются от ступицы колеса. Вы также можете получить динамо-машину нижнего кронштейна.

Как динамо-машина производит электричество?

Движение велосипедного колеса в наиболее распространенных формах динамо-машины вращает магнит внутри катушки с проволокой. Это создает поток энергии между двумя концами катушки. Разность энергий между этими концами выражается в вольтах. Совершенная «работа» вызывает протекание электрического тока.

Велосипедная динамо-машина переменного или постоянного тока?

Динамо происходит от греческого слова dynamis (сила). Скорее всего, ваше динамо на самом деле является магнето. Стандартная динамо-машина создает постоянный ток (DC) — однонаправленный поток электрического заряда. Велосипедная динамо-машина создает переменный ток (AC), который время от времени меняет направление.

Кто изобрел динамо-машину?

Немец Роберт Бош, основатель одноименной компании, представил в 1923 году передний фонарь, который приводился в действие динамо-машиной, вырабатывающей электричество от небольшого ролика, расположенного сразу за вилками на переднем колесе. Чем выше скорость, тем больше электроэнергии вырабатывается и тем ярче свет.

Сколько электроэнергии производит динамо-машина?

Типичное электрическое напряжение, производимое динамо-машиной для велосипеда, составляет шесть вольт. Это маломощный результат, полученный от вашего педалирования. Динамо-втулку иногда можно отрегулировать для получения 12 вольт. Электричество вырабатывается немедленно и прекращается, когда вы перестаете крутить педали.

Фонари могут работать от сети переменного тока, что традиционно используется для динамо-машин. По мере того, как мы двигались в мир коммуникаций и становились более эффективными, были достигнуты значительные успехи в технологии аккумуляторов, технологии светодиодного освещения и технологии зарядки.

Наряду с кабелем USB это дало возможность преобразовать переменный ток в постоянный, что необходимо для питания электроники. Это означает, что современные динамо-машины (которые обычно работают от ступицы переднего колеса) могут обеспечивать питанием светодиодные фонари, аккумуляторную батарею, устройство GPS или телефон.

Устойчивость и наслаждение, даже достижения, которые приходят от вашего собственного электронного существования, сами по себе являются мощной силой.

Хороши ли велосипедные динамо-машины?

Ваши фонари будут работать всегда. Большинство велосипедных фонарей работают от аккумуляторов, и хотя теперь их можно заряжать дома или в офисе через USB, это зависит от того, помните ли вы кабели и собираете их при необходимости. Вы никогда не застрянете в темноте с динамо-машиной, и вам не придется толкать свой велосипед домой.

Если вы упаковщик велосипедов или велотурист, вам понравится электричество, вырабатываемое, в частности, динамо-втулкой, и вас не будет беспокоить увеличение энергии, необходимой вам для его питания.

Энергии, которую вы производите, должно быть достаточно для зарядки большинства устройств, которые вы берете с собой в такое путешествие. Кроме вашего ноутбука.

В то время как бутылочная динамо-машина, приводящаяся в действие от переднего колеса, для выработки электроэнергии зависит от физического соединения с шиной или иногда с ободом, она может быть не самой надежной и, безусловно, будет иметь меньшую пользу, если вы поедете по бездорожью. или где-то, что создало достаточно ухабистую поездку, чтобы вызвать периодический сбой соединения. С другой стороны, динамо-втулка обеспечивает более стабильное и стабильное производство мощности.

У динамо-машин есть побочный эффект, заключающийся в том, что они создают некоторую форму сопротивления для их питания. В большинстве случаев это не слишком заметно. Бутылочная динамо-машина будет создавать небольшой шум и трение. Вы можете потерять одну минуту от своего личного рекорда за двадцать километров езды. В целом техническое обслуживание и содержание динамо-машины не имеет большого значения.

Велосипедная динамо-машина: плюсы и минусы

ЗА	ПРОТИВ
Надежно, особенно если едешь ночью	Вес и лобовое сопротивление замедлят вас
Обычно крепятся болтами или крепятся к велосипеду – меньше хлопот и труднее украсть	Для динамо-втулок требуется новое переднее колесо зарядка устройств на ходу, когда освещение не требуется	Свет будет работать менее надежно, если вы едете по бездорожью, что будет мешать
Излучаемый свет может рассеиваться на большей площади, чем при использовании фонарей с батарейным питанием	Нет света при остановке, что может беспокоить вас на перекрестках — также стоит проверить местные законы об освещении Закон? Насколько яркими должны быть велосипедные фары? Автор Последние сообщения Кевин Глентон Кевин является квалифицированным спортивным журналистом NCTJ. Опубликовано 23.12.2022 в Разное от admin Метки: Комментарии Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт