Механический генератор тока динамо-машина

Евменов Александр Александрович, Баев Константин Вячеславович

г. Мурманск, ГАПОУ МО «Мурманский колледж экономики и информационных технологий», коды специальностей: 09 02 03 «Программирование в компьютерных системах», 09 02 05 «Прикладная информатика», 2 курс.

Научный руководитель: преподаватель высшей категории Багмет Е.Н., Мурманский колледж экономики и информационных технологий

НОВАЯ – СТАРАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПИТАНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

Цель: создать, испытать и продемонстрировать самодельный генератор
постоянного тока, необходимый для питания электронных устройств;

Объект: светодиод, динамо-машина, 3D-LED – модель устройства;

Предмет: анализ и оценка концепции использования электрического тока;

Проблема: выработка достаточного человечеству количества тока современными способами;

Методы исследования: частично-поисковый, анализ, обработка данных и результатов;

Гипотеза: человечество нуждается в электричестве и при этом выработка энергии происходит с использованием возможностей полупроводниковых компонентов .

Введение. В 1988 году в исследовательском центре США Xerox ученый Марк Вайзер сформулировал идею «повсеместных вычислений» т. е. такого состояния общества, когда вычислительные устройства проникают буквально во все сферы человеческой деятельности. Он предложил следующие критерии:

• назначение компьютера состоит в расширении возможностей человечества;

• лучшие компьютеры - тихие, невидимые помощники человека;

• компьютер должен предлагать интуитивно-понятные интерфейсы, чтобы технологии работы на нем были очевидными, ясными, чтобы пользователь не нуждался в дополнительном обучении;

• компьютерные технологии должны обеспечивать человеку спокойствие и не требовать от него существенных усилий для освоения.

Прошло более 30-ти лет, и сегодня, человечество признает: предсказание сбывается достаточно точно:

• мощный персональный компьютер - мультимедийный центр для дома;

• ноутбук, - позволяет работать вдали от дома и офиса;

• планшет - гаджет, с помощью которого пользователи читают книги и журналы, выходят в Интернет;

• наконец, смартфон - это не только и не столько средство для телефонных разговоров, сколько универсальный ключ ко всем возможным способам связи с другими людьми...

Однако обилие компьютерной техники в современном мире означает еще одну важную вещь. Должны быть специалисты-профессионалы, обеспечивающие бесперебойную работу и соответствующее электропитание нынешних приборов.

Наступила эра полупроводниковых элементов. Но сейчас рассказ о старой технологии питания современных электронных устройств, т.е. о возможностях динамо-машины. Представлена последовательность этапов создания ДМ.

Используемое паяльное оборудование:

• паяльная станция модели Ksger T12 для электронных компонентов

• паяльная станция модели ZD-99, которую я использовал для соединения печатных плат

Современные паяльные материалы:

• Обычная канифоль;

• Флюс;

• Жидкая канифоль;

• Припой с флюсом;

• Припой ПОС61;

• Держатель проводов.

Используемое оборудование:

• мини-дрель;

• цифровой мультиметр.

Для реализации идеи были применены:

• Флюс для пайки;

• 60% оловянно-свинцовый припой;

• паяльник 60 W.

Его величество светодиод

Рис. 1 – Строение светодиода

Светодиод — это полупроводниковый прибор, трансформирующий электроток в видимое свечение. У светодиода есть общепринятая аббревиатура – LED (light-emitting diode), что в дословном переводе на русский язык означает «светоизлучающий диод».

Светодиод состоит из полупроводникового кристалла (чип) на подложке, корпуса с контактными выводами и оптической системы. Непосредственно излучение света происходит от этого кристалла, а цвет видимого излучения зависит от его материала и различных добавок. Как правило, в корпусе светодиода находится один кристалл, но при необходимости повышения мощности светодиода или для излучения разных цветов возможна установка нескольких кристаллов.

Комплектующие для создания 3D-Ёлочки

• источник питания для пальчиковых батареек

• транзисторы 9014;

• конденсаторы 47 mF;

• кнопка включения/выключения;

• резисторы 100к,330,2к;

• светодиоды;

• гнездо зарядки;

• печатные платы.

Рис. 2 - Схема и принцип работы 3D Ёлочки.

Рис. 2 – Принципиальная схема динамо-машины

Применительно к конструкции 3D-елки, это практически две одинаковые схемы размещенных на двух печатных платах. Транзистор схемы Q и цепочка резистор 10К — конденсатор 47uF образуют RC-генератор. В схеме три RC генератора соединенных в петлю. Такое соединение позволяет упорядочить работу схемы и обеспечить периодическое открывание каждого транзистора петли. Открытый транзистор пропускает ток, что позволяет включить шесть светодиодов через токоограничивающий резистор в цепи коллектора транзистора. Подача тока на светодиоды заставляет их светиться. Изменением номинала резистора 10К можно регулировать скорость мигания светодиодов. Один светодиод D19 подключен сразу к источнику питания через токоограничивающий резистор R7.

Рассмотрим некоторые альтернативные технологии энергетики. Проблема человечества – энергетическая дыра. Но существуют следующие варианты.

Солнечная энергетика – преобразование солнечной энергии в электроэнергию фотоэлектрическим и термодинамическим методами;

Геотермальная – способствует получению электроэнергии путем преобразования внутреннего тепла Земли (энергии горячих паровых источников) в электрическую энергию;

Ветроэнергетика – специализируется на использовании энергии ветра (кинетической энергии воздушных масс);

Волновая – характеризуется получением электрической энергии путем преобразования энергии волн в кинетическую энергию пульсаций в однонаправленное усилие, вращающее вал электрогенератора;

Биомассовая - осуществляется путем гниения биомассы, в результате которого выделяется биогаз с высоким содержанием метана.

Традиционные виды энергетики

Рассмотрим всеми нами известные традиционные виды энергетики:

Тепловая (ТЭС) – работают на природном топливе и преобразуют энергию перегретого пара и воды в электроэнергию;

Гидроэнергетическая (ГЭС) – преобразуют механическую энергию падающей воды в электрическую;

Атомная (АЭС) – преобразование энергии путем организации деления нейтронов радиоизотопных материалов (например уран-235).

Разнообразие технологий получения электроэнергии – рассмотрены, теперь несколько слов о динамо-машине. Динамо-машина была первым электрическим генератором, который стал применяться в промышленности. В дальнейшем её вытеснили генераторы переменного тока, так как переменный ток поддаётся трансформированию. Первую динамо-машину изобрел Вернер Сименс в Германии в 1867 году. Она состояла из катушки с проводом, вращающейся в магнитном поле, создаваемом статором, или наоборот: вращается магнит, а катушка неподвижна. Энергия вращения, согласно закону Фарадея преобразуется в переменный ток, но поскольку в XIX веке не умели практически использовать переменный ток, то применялся щёточно-коллекторный узел для того, чтобы инвертировать изменяющуюся полярность (получить нужный постоянный ток на выходе). В результате получался пульсирующий ток постоянной полярности.

Рассмотрим самодельную динамо-машину.

Принцип действия моей динамо-машины тот же, т. е. он основан на преобразовании механической энергии в электрическую. Но мой вариант отличается строением!

Ток вырабатывается путем вращения шкива, а электродвигатель генерирует постоянный ток, который поступает на электролитические конденсаторы. Далее ток уходит на разъемы питания.

Электродвигатель и конденсаторы подключены параллельно, что позволяет на несколько секунд отпустить рукоятку, учитывая, что у нас параллельное соединение емкость всех четырех электролитических конденсаторов составляет 40000 микрофарад, следовательно каждый конденсатор на 10000 микрофарад, а напряжение на всех четырех конденсаторов равно 16 V (Они все одинаковые). Динамо-машина – это основа выработки тока (Видеоролик)

Таблица 1 - технические характеристики ДМ

Министерство образования и науки

ГАПОУ МО

«Мурманский колледж экономики и информационных технологий»

Новая - старая технология питания современных электронных устройств

Девиз : « Фаза в общем-то полезная, но на ощупь не прелестна… »

Научный руководитель:

Багмет Елена Николаевна

Студенты гр. 2П2, 2ПИ1:

Евменов Александр Александрович,

Баев Константин Вячеславович

г. Мурманск

201 8

Содержание

• Введение
• Эра полупроводниковых элементов
• Используемое оборудование
• Его величество светодиод
• Комплектующие для создания 3D Ёлочки
• Схема и принцип работы 3D Ёлочки
• Проблема человечества – энергетическая дыра
• Традиционные виды энергетики
• Разнообразие технологий получения тока
• Генератор постоянного тока или динамо-машина
• Диаграмма технических характеристик ДМ
• Заключение
• Список источников

Представление презентации

Цель : создать, испытать и продемонстрировать самодельный генератор постоянного тока, необходимый для питания ЭУ;

Объект: светодиод, динамо-машина, 3D-LED – модель устройства;

Предмет: анализ и оценка концепции использования электрического тока;

Проблема: выработка современными способами достаточного человечеству количества тока;

Методы исследования: частично-поисковый, анализ, обработка данных и результатов;

Гипотеза: человечество нуждается в электричестве, выработанном разными способами, при этом интересной остается и технология создания энергии старым методом.

Эра полупроводниковых элементов

Используемое паяльное оборудование

РИС. 3

Рис. 5. Припой ПОС61

Современные паяльные материалы

Рис. 2. Флюс

Рис. 3. Жидкая канифоль

Рис. 1. Обычная канифоль

Рис. 4. Припой с флюсом

Рис. 6. Держатель проводов

Используемое оборудование

Рис. 1– мини-дрель

Рис. 2 – цифровой мультиметр

Паяльные принадлежности

Для реализации идеи были применены:

Рис. 2. 60% оловянно-свинцовый припой

Рис. 1. Флюс для пайки

Рис. 3. Паяльник 60 W

Его величество светодиод

Светодиод — это полупроводниковый прибор, трансформирующий электроток в видимое свечение. У светодиода есть общепринятая аббревиатура - LED (light-emitting diode), что в дословном переводе на русский язык означает "светоизлучающий диод".

Рис. 1 Строение и обозначение

Рис. 2 варианты цветов диодов

Комплектующие для создания 3D Ёлочки

Выключатель/

включатель

Печатная плата

Источник питания

Транзисторы 9014

Гнездо зарядки

Конденсаторы 47mF

Шнур питания

Резисторы 10КΩ, 330Ω, 2КΩ

Светодиоды

Схема и принцип работы 3D Ёлочки

Рис.1. принципиальная схема 3D Ёлочки

Рис.2.

Применительно к конструкции 3D елки, это практически две одинаковые схемы размещенных на двух печатных платах. Транзистор схемы Q и цепочка резистор 10К — конденсатор 47uF образуют RC-генератор.

Проблема человечества – энергетическая дыра

Рассмотрим некоторые альтернативные технологии энергетики:

Солнечная – преобразование солнечной энергии в электроэнергию фотоэлектрическим и термодинамическим методами;

Рис.1 - 2. Солнечная энергетика

Геотермальная

Геотермальная – способствует получению электроэнергии путем преобразования внутреннего тепла Земли (энергии горячих паровых источников) в электрическую энергию;

Рис. 1 - 2. Геотермальные источники

Ветроэнергетика

Ветроэнергетика – специализируется на использовании энергии ветра (кинетической энергии воздушных масс);

Рис. 1 - 2. Ветроэнергетика

Волновая

Волновая – характеризуется получением электрической энергии путем преобразования энергии волн в кинетическую энергию пульсаций. Однонаправленное усилие вращает вал электрогенератора;

Рис. 1 - 2. Волновые электростанции

Биомассовая

Биомассовая - при гниении биомассы выделяется биогаз с высоким содержанием метана. Его используют для выработки электроэнергии.

Рис. 1 - 2. Биомассовая энергия

Традиционные виды энергетики

Рассмотрим всеми нами известные традиционные виды энергетики:

Тепловая (ТЭС) – работает на природном топливе и преобразуют энергию перегретого пара и воды в электроэнергию;

Рис.1 - 2. Тепловая (ТЭС)

Традиционные виды энергетики (ГЭС)

Гидроэнергетическая (ГЭС) – преобразуют механическую энергию падающей воды в электрическую;

Рис. 1 - 2. Гидроэнергетическая (ГЭС)

Традиционные виды энергетики (АЭС)

Атомная (АЭС) – преобразование энергии путем организации деления нейтронов радиоизотопных материалов (например уран-235).

Рис.3 - 4. Атомная (АЭС)

Таблица традиционных технологий

Вид электростанции

Пример электростанции

Тепловая (ТЭС)

Максимальная мощность (МВт)

Сургутская ГРЭС-2

Атомная (АЭС)

Балаковская

5597

Гидроэнергетическая (ГЭС)

4000

Саяно-Шушенская

6400

Диаграмма разнообразие технологий

Генератор постоянного тока или динамо-машина

Первую динамо-машину изобрел В. Сименс в Германии в 1867 г.

Рис. 1. Динамо-машина Сименса

Рис. 2. Вернер Сименс

Необходимость электропитания

Структура моей динамо-машины (Лицевая сторона)

Самодельный шкив

Резинка

Рукоятка

Ручка

Шестерня

Вал для шкива

Угол стяжки

Необходимость электропитания

Структура динамо-машины (Задняя сторона)

Электромотор

Провода питания

(без разъема)

Электролитические конденсаторы

Диод

Ребро жесткости

Плата с двумя USB разъемами

Таблица технических характеристик ДМ

Кол-во об/мин

Сила тока (A)

12

Максимальное вырабатываемое напряжение (V)

0.25

24

2.47

0.55

29

3

3.86

5.85

Диаграмма технических характеристик ДМ

Современные работающие ЭУ

Рис. 2. Планшет

Рис. 1. Ноутбук

Рис. 2. Компьютер

Рис. 2. Смартфон

Заключение

Прошло более 30-ти лет, и сегодня мы в 2018 году. Человечество признает: что предсказание знаменитого ученного Вайзера сбывается достаточно точно:

• ноутбук позволяет работать вдали от дома и офиса;
• вот планшет, с его помощью пользователи читают книги и журналы;
• смартфон - это не только и не столько средство для телефонных разговоров, сколько универсальный ключ ко всем возможным способам связи с другими людьми...
• и наконец, мощный персональный компьютер - мультимедийный центр для дома;

Видим, что все эти ЭУ запитываются от постоянного тока

Гипотеза о том, что человечество нуждается в электричестве, выработанном разными способами – ПОДТВЕРДИЛАСЬ!

Список источников

• www . svetodiodah-podrobnaya-instruktsiya-dlya-sborki.html
• https://chernobylguide.com/ru/princip_raboty_aes.html
• http://fb.ru/article/214429/krupneyshie-tes-rossii---garantiya-elektrichestva-v-dome
• http://pandia.ru/text/78/458/82034.php
• https://studfiles.net/preview/5552111/page:4/

Спасибо за внимание !