Электрогенератор из велосипеда своими руками, схемы, описание, фото

Можно ли сделать электрогенератор из велосипеда?
Как в Бразилии генерируют электричество.
Где применить велосипедный генератор.
Что нужно для его изготовления.
Как просто сделать вело-электрогенератор.

Многие из нас, наверное, задавались вопросом: вот если бы к велосипеду приделать генератор, то сколько электроэнергии можно выработать? А учёные уже давно подсчитали — велосипедист в зависимости от уровня подготовки может выработать от 0,15 до 0,25 КВт/ч.

Хотя есть и рекорды. В ходе одного из испытаний удалось выработать 12 КВт/ч за 24 часа. Но это не предел, компания Siemens заявила, что создала установку при помощи которой человек за час смог получить 4,2 КВт/ч. А вот 62-летний изобретатель Manoj Bhargava собрал уникальный велотренажёр. Занимаясь на нём всего один час можно обеспечить электроэнергией небольшой дом на целые сутки. Учёный надеется, что Free Electric (так он назвал своё изобретение) поможет решить проблемы с электроснабжением в странах третьего мира. Посмотрим видео о нём:

Теперь посмотрите на фото ниже. Как думаете, чем занимаются эти люди?

Это заключённые, нарушители порядка колонии, в одной из бразильских тюрем вместо карцера вырабатывают электричество. Они заряжают аккумуляторы, которые ночью используются для питания осветительных фонарей города Santa Rita. А идея взята начальником этого заведения в женской тюрьме Феникса (штат Аризона, США). Там осуждённые крутят педали по 16 часов в сутки и это им засчитывается за сутки отсидки. Таким образом они сокращают себе срок.

Виды конструкций для велосипедистов

Выделяют следующие типы велогенераторов:

• бутылочная динамо-машина;
• динамо-втулка;
• бесконтактный генератор.

Каждая из конструкций обладает рядом преимуществ и недостатков, поэтому велосипедисту следует заранее определить приоритеты: играет ли решающую роль стоимость, удобство обслуживания, уровень воспроизводимого шума или другие характеристики.

Бутылочная динамо-машина

Приспособление по форме напоминает бутылку. По сути, это небольшой электрический генератор, который крепится на боковую стенку велосипедной шины. Принцип работы: когда велосипедист движется, покрышка прокручивает ролик динамо-генератора.

В таблице рассмотрены преимущества и недостатки такого типа конструкций:

Шаг 2: Создаём схему

Давайте сделаем схему динамомашины для велосипеда. Неплохой идеей является проверить все перед тем, как спаять все вместе, поэтому сначала я собрал всю схему на макетной плате без припоя. Я начал с разъема двигателя и диодов. Я распаял разъем от печатной платы принтера. Размещение диодов в такой ориентации изменяет поступающий от двигателя переменный ток, на постоянный ток (выпрямляет его).

Шаговый двигатель имеет две катушки, и вам необходимо убедиться, что каждая катушка подключена к одному набору диодных групп. Чтобы узнать, какие провода от двигателя подключены к одной и той же катушке, вам просто нужно проверить контакт между проводами. Два провода связаны с первой катушкой, и два со второй катушкой.

Как только схема будет собрана на макетной плате без припоя — проверьте ее. Мой мотор вырабатывал до 30 вольт при нормальной езде на велосипеде. Это 24-вольтный шаговый двигатель, так что его эффективность кажется мне разумной.

При установленном регуляторе напряжения выходное напряжение составляло 3,10 вольт. Резисторы контролируют выходное напряжение, и я выбрал варианты на 150 и 220 Ом для получения 3,08 вольт. Проверьте этот калькулятор напряжения LM317, чтобы увидеть, как я рассчитал свои показатели.

Теперь всё нужно спаять на печатной плате. Чтобы сделать аккуратные соединения, я использовал маленький калибровочный припой. Он быстрее нагревается и обеспечивает лучшее соединение.

В файле .Pdf вы найдёте, как все связано на печатной плате. Изогнутые линии — это провода, а короткие черные прямые линии – это то, где вам нужно спаять перемычки. Файлы

• Circuit Overall.pdf

Файлы

• Circuit PC Board.pdf

Инвертор

Ток, который выходит из розетки – переменного тока (AC). Инвертор преобразует низкое постоянное напряжение аккумулятора в повышенное 220 В переменного тока, поэтому вы можете подключать обычные электроприборы. При выборе инвертора убедитесь, что он способен дать выходной ток и напряжение на нужную мощность. Инвертор, рекомендуемые в этом проекте, имеет мощность 500 Вт.

Таким образом становится возможным без малейших дополнительных расходов получить достаточно мощный, экологически чистый источник электроэнергии хоть 12, хоть 220 вольт, который поможет в случае аварий на линиях электропередач во время бури или других стихийных бедствий. А по совместительству генератор работает как обычный велотренажёр!

Как сделать генератор своими руками

А сейчас попробуем сделать генератор для велосипеда самостоятельно. В качестве основы будем использовать шаговый мотор. Для питания световых приборов понадобится двигатель с характеристиками:

• номинальный ток – 2.4 А;
• сопротивление – 1.2 Ом;
• выдаваемое напряжение – 2.88 В.

Устанавливать динамо-машину следует вблизи втулки заднего колеса. Для передачи вращения от колеса на маховичок (прорезиненное колесико) мотора необходимо передаточное кольцо. Для его создания потребуется гибкая пластиковая лента. Изготовление:

1. Скрутить ленты в кольцо, заварив концы.
2. Вырезать посадочные прорези сбоку под каждую спицу колеса. Глубина прорезей – ¼ от толщины кольца.
3. Посадить кольцо на спицы, залить клеем-герметиком прорези с внутренней стороны у каждой спицы.

Когда кольцо готово, на свободные посадочные места к перьям прикручивается шаговый мотор, а маховик устанавливается поверх кольца. Если свободные места для двигателя отсутствуют, нужно будет наварить на раму дополнительную пластину с отверстиями.

Общая схема создания генератора своими руками: генератор – сборка электрической схемы (мосты, резисторы, конденсаторы) – соединение – установка фар.

Для сборки электрического блока на фары понадобятся:

• светодиоды 1N4004 – 8 шт (мост-преобразователь);
• стабилизатор LM317T;
• конденсатор керамический емкостью 1 мкФ;
• резисторы 240 Ом и 820 Ом для стабилизатора;
• диод мощностью 1Вт и резистор к нему 110 Ом (0.25 Вт);
• провода;
• пластиковая коробка, где все будет находиться.

Собираем компоненты с учетом следующей схемы:

Другой вариант этой схемы:

Как работает электрогенератор

Асинхронный генератор электроэнергии производит ресурс, если скорость вращения мотора быстрее синхронного. Самый обычный генератор работает на параметрах от 1500 оборотов.

Он производит энергию, если ротор при старте быстрее работает, нежели синхронная скорость. Разница между этими показателями называется скольжение и высчитывается в процентном соотношении относительно синхронной скорости. Однако, скорость статора еще выше, чем частота вращения ротора. За счет этого образуется поток заряженных частиц, меняющих полярности.

Смотрим видео, принцип работы:

При возбуждении подключенное устройство электрогенератора берет контроль над синхронной скоростью, самостоятельно управляя скольжением. Выходящая из статора энергия проходит по ротору, однако, активное питание уже переместилось в катушки статора.

Основной принцип работы электрогенератора сводится к преобразованию механической энергии в электрическую. Чтобы запустить ротор для выработки энергии, необходим сильный крутящий момент. Самым адекватным вариантом, по словам электриков, является «вечный ход вхолостую», который поддерживает одну скорость вращения в течение времени работы генератора.

«Бутылка»

Бутылочным этот генератор, обеспечивающий заряд в фарах, назван не столько из-за схемы работы, сколько из-за своего внешнего вида. Он удобен тем, что закрепляется снаружи на колесо, а это значит, что при необходимости можно своими руками осуществлять его регулировку, также его можно без особых усилий снять при необходимости или же просто временно отодвинуть, если его работа сейчас не требуется.

У этого устройства есть свои определенные преимущества и недостатки, на которые стоит обратить особое внимание. Среди сильных его стороны можно выделить следующие несколько пунктов:

• Доступная цена;
• Легкость в использовании и настройке руками без использования дополнительных инструментов;
• Возможность отключить, снять, заменить при необходимости;
• Незначительное влияние на общий вес велосипеда.

Однако есть у «бутылки» и свои определенные недостатки, которых также достаточно:

• Покрышки колес могут затираться от его работы;
• Генератор висит с одной стороны колеса, таким образом, создается перевес;
• На высоких скоростях при использовании создается шум;
• Эффективность снижается в дождливую погоду.

Этот вариант достаточно удобен и практичен, речь идет о том, что нужно создать постоянное электрическое напряжение в комфортных для езды на небольшие дистанции условиях. В случае же с теми велолюбителями, которым нравится кататься по любой местности и при любой погоде, использование «бутылки» может повлечь за собой определенные трудности. То же самое касается и тех, кто любит гонять на больших скоростях.

Простой тепловой насос – термоэлектрический генератор

Простейший тепловой насос без особого труда допустимо сделать самостоятельно. Для производства такой системы потребуется:

• две обычных металлических скрепки,
• кусок оголённого медного провода,
• две разных температурных среды.

Металлические скрепки нужно распрямить и соединить каждую с одним из концов медного провода. В принципе, создан настоящий термоэлектрический генератор. Остаётся только заставить устройство работать.

Чтобы включить в работу такой самодельный термоэлектрический генератор, достаточно поместить один узел соединения (медь-сталь) в горячую среду, а другой узел соединения (медь-сталь) в холодную среду.

Конструкция простейшего термоэлектрического генератора энергии. Этот прототип, конечно, создаёт незначительный электрический ток, но кто сказал, что установку невозможно модернизировать

Два свободных конца металлических скрепок образуют выходной интерфейс простейшего термоэлектрического генератора. Поскольку эффект генерации такого несложного устройства незначительный, выход следует подключить к вольтметру на измерение малых напряжений.

В качестве температурных источников, в данном случае, используются электрическая плита и стакан, заполненный солью, смешанной со льдом (температура холодной среды ниже нуля).

Эффект Зеебека, опробованный в деле

Как видно из показаний вольтметра, самодельный простой термоэлектрический генератор выдаёт напряжение, равное 1,2 милливольтам. Эта величина, конечно, незначительная, тем не менее, здесь важен сам факт генерации тока.

На картинке выше часть проводника, что находится в горячей среде (на электрической плите), прижата дополнительным грузом для лучшего контакта. Этот груз прямого отношения к устройству не имеет.

Созданное таким способом устройство генерации действует по теории эффекта Зеебека. Эта теория основана на том, что два разных металла, соединённые вместе и находящиеся в условиях разных температур, способны создавать электрический ток.

Эффект более выраженным получается в случае увеличения разницы температур между двумя средами. Также значение для эффективности устройства имеет комбинация металлов. Если одни комбинации металлов работают лучше, другие работают хуже.

Технически существует возможность усовершенствовать термоэлектрический генератор, если использовать полупроводник вместо двух разных металлов. В частности, достаточно эффективным видится применение модуля Пельтье – термоэлектрического преобразователя.

Между тем, эффект Пельтье является обратным эффектом Зеебека. Поэтому чтобы получить электричество (теория Зеебека), термоэлектрический модуль нужно подогревать. Для этого применяется обычный силовой транзистор.

Структура устройства с транзистором: 1 – полистирольная теплоизоляция; 2 – источник тепла (силовой транзистор); 3 – алюминиевые плиты (горячая, холодная) стороне; 4 – термоэлектрический модуль Пельтье; 5 – датчики температуры; 6 – область однородной температуры

Полупроводниковый термоэлектрический генератор

На основе полупроводника можно попытаться создать конструкцию термоэлектрического генератора, применив следующие компоненты:

• модуль Пельтье (33.4 Вт, 3.9A, 15.4 В, 30×30 мм),
• силовой транзистор TIP32A или аналогичный,
• переменный резистор 10 кОм,
• датчики температуры LM35.

Основные требования по отношению к построению генератора на полупроводнике предполагают наличие модуля Пельтье, а также источника тепла для горячей стороны плиты модуля.

Однако любое термоэлектрическое устройство является хорошим проводником тепла. Становится очевидным: температура холодной плиты может сравняться с температурой горячей плиты, если тепло не отводится от холодной части.

Модуль Пельтье в промышленном исполнении. Подобные полупроводниковые элементы реализуются в широком ассортименте, что делает возможным подбор модуля под требуемый диапазон

Поэтому дополнительным требованием является установка на холодной стороне плиты радиатора, который принудительно охлаждается вентилятором. Таким способом обеспечивается поддержание относительно постоянной температуры. Удобным способом нагрева горячей стороны плиты видится использование силового транзистора, плотно посаженного и закреплённого на пластине.

В данном экспериментальном варианте используется силовой транзистор p-n-p типа TIP32A. Между тем любой подобный транзистор вполне подойдёт для построения конструкции. Базовый ток транзистора управляется переменным резистором (для экспериментальной конструкции использовался номинал 10 кОм).

При напряжении на коллекторе транзистора, равном 12 В, электрический ток, протекающий через полупроводник, варьируется с помощью резистора в пределах 0 — 2 А. Обеспечивается примерно 20 Вт тепловой мощности от транзисторного нагревающего источника.

Температуры, как горячей стороны плиты, так и радиатора измеряются посредством датчиков температуры типа LM35. Датчики дают выходные напряжения 10 мВ/°C. На картинке ниже показана экспериментальная конструкция термоэлектрического генератора.

Экспериментальное устройство генерации показывает относительно небольшую выработку энергии. Практически крайне сложно получить значительные мощности и в этом главный недостаток устройств подобного рода

Изготовление из асинхронного двигателя

Генератор для ветряка также можно сделать благодаря переделке асинхронного двигателя. Для этого требуется или переточить ротор на размер неомагнитов, или сделать его своими руками. Переточка родного ротора предполагает еще и использование стальной гильзы, которая бы замыкала магнитное поле. По этой причине нужно учитывать и ее толщину. Можно использовать как круглые, так и квадратные магниты. Последний вариант более эффективный по причине возможности установить их с большей плотностью.

Вследствие неизбежного залипания ротора, клеить неомагниты нужно с небольшим скосом. Смещение требуется делать по принципу зуб + паз. Делая генератор своими руками нужно также перематывать катушки. Причиной тому является использование обмотки из тонкого провода, который не рассчитан на большие напряжения и ампераж. Если используются низкооборотные двигатели, то перематывать их под генератор не требуется, так как у них уже используется хороший, толстый провод.

Перематывать двигатели под генераторы своими руками несложно, но рекомендуется доверить данную работу электрикам. Это позволит избежать ошибок и при этом ветряки из асинхронников получаются значительно эффективнее.

Решение оборудовать ветровые установки мультипликатором позволяет не перематывать двигатель. Также можно поставить небольшой электромагнит для самовозбуждения. Его запитка производится за счет самого вращения ветряка, а чтобы он не потреблял электричество с аккумулятора устанавливается в цепь мощный диод.

В конце хотелось бы сказать, что сделать самодельный генератор для своего ветряка довольно просто. И для этого не требуется особых знаний. Нужно запастись терпением и готовностью проводить опыты. Но при этом следует помнить о технике безопасности, так как электрогенераторы могут вырабатывать большие токи.