Γεννήτρια ηλεκτρικής ενέργειας Fidget spinner

Μια ηλεκτρική γεννήτρια είναι μια πολύ συνηθισμένη και χρήσιμη ηλεκτρική μηχανή που ανακαλύφθηκε από τον Michael Faraday το 1832. Από τότε χρησιμοποιούμε αυτές τις μηχανές σε όλους τους σταθμούς μας για την παροχή ηλεκτρικής ενέργειας για τον πλανήτη μας. Σε αυτό το έργο, πρόκειται να δημιουργήσουμε μια απλή γεννήτρια χρησιμοποιώντας έναν ηλεκτρομαγνήτη και έναν περιστρεφόμενο στροφέα για να κατανοήσουμε την έννοια της γεννήτριας.

Πριν ξεκινήσουμε, είναι σημαντικό να γνωρίζουμε γεννήτριες. Δεν παράγουν ηλεκτρισμό. Ναι, το ακούσατε σωστά! Στην πραγματικότητα, η ηλεκτρική ενέργεια δεν μπορεί ποτέ να παραχθεί. Σύμφωνα με το νόμο της διατήρησης, η ενέργεια μπορεί να μεταφερθεί μόνο από τη μία κατάσταση στην άλλη. Έτσι σε μια γεννήτρια, ο ρότορας περιστρέφεται χρησιμοποιώντας οποιαδήποτε μηχανική ζεύξη από έναν στρόβιλο ή κινητήρα και αυτή η μηχανική περιστροφή μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια στο στάτορα. Θα κάνουμε το ίδιο, θα χρησιμοποιήσουμε το fidget spinner ως ρότορα και έναν ηλεκτρομαγνήτη ως στάτορα για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας που είναι αρκετά μικρή για να ανάψει ένα LED. Ακούγεται ενδιαφέρον, έτσι; Ας αρχίσουμε…

Απαιτούμενα υλικά:

1. Fidget Spinner
2. Ηλεκτρομαγνήτης
3. Μαγνήτες νεοδυμίου

Πώς λειτουργεί ένας ηλεκτρομαγνήτης;

Πριν προχωρήσουμε σε αυτό το έργο Fidget Spinner Electricity Generator, καθώς χρησιμοποιούμε έναν ηλεκτρομαγνήτη, ας καταλάβουμε πώς λειτουργεί. Αυτό που χρησιμοποιούμε στο έργο μας είναι ένας ηλεκτρομαγνήτης 12V 0.25A (περισσότερες τεχνικές προδιαγραφές θα συζητηθούν αργότερα). Επομένως, προφανώς, εάν παρέχουμε 12V, θα καταναλώνει περίπου 0,25Α και θα παράγει μαγνητικό πεδίο (Β) που θα προσελκύσει οποιοδήποτε μεταλλικό κομμάτι στη γύρω περιοχή. Αυτό το μαγνητικό πεδίο παράγεται επειδή το ρεύμα ρέει μέσω του πηνίου που βρίσκεται μέσα στον ηλεκτρομαγνήτη και όπως γνωρίζουμε σύμφωνα με τον νόμο επαγωγής του Faraday,όλοι οι τρέχοντες αγωγοί μεταφοράς παράγουν ένα μαγνητικό πεδίο γύρω τους. Αυτό το μαγνητικό πεδίο συμπυκνώνεται σε ένα συγκεκριμένο σημείο λόγω της διάταξης του πηνίου και ως εκ τούτου είναι ικανό να προσελκύσει μέταλλο. Αλλά δεν θέλουμε να λειτουργεί εδώ.

Λαμβάνοντας υπόψη τον ίδιο νόμο, πρέπει να είμαστε σε θέση να παράγουμε ρεύμα δημιουργώντας ένα διαφορετικό μαγνητικό πεδίο κοντά στον ηλεκτρομαγνήτη έτσι ώστε να λειτουργεί ως γεννήτρια. Έτσι, για να δημιουργήσουμε αυτό το ποικίλο μαγνητικό πεδίο, θα χρησιμοποιήσουμε μαγνήτες νεοδυμίου με έναν περιστρεφόμενο στροφέα.

Ρύθμιση έργου ηλεκτροπαραγωγής:

Η ρύθμιση για αυτό είναι σχετικά απλή, απλά πρέπει να τοποθετήσετε τους μαγνήτες νεοδυμίου πάνω από τον περιστρεφόμενο στροφέα (όπως φαίνεται παρακάτω) και να τον τοποθετήσετε απευθείας πάνω από τον ηλεκτρομαγνήτη.

Οι μαγνήτες νεοδυμίου είναι πολύ ισχυροί και θα προσπαθήσουν να προσελκύσουν τον ηλεκτρομαγνήτη εάν τον περιστρέφετε με το ελεύθερο χέρι. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιήστε κάποια διάταξη για να κρατήσετε και τα δύο άθικτα. Χρησιμοποίησα ένα παξιμάδι και ένα μπουλόνι για το ίδιο όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. Μόλις γίνει αυτό, συνδέστε ένα LED στον ακροδέκτη εξόδου του ηλεκτρομαγνήτη (χωρίς πολικότητα) και είστε έτοιμοι για περιστροφή.

Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιώντας το Fidget Spinner για να φωτίσετε ένα LED:

Η μίνι γεννήτρια μας είναι έτοιμη για δράση. Απλώς περιστρέψτε το fidget spinner με το χέρι σας και θα πρέπει να παρατηρήσετε το LED να ανάβει. Το ίδιο μπορεί να βρεθεί και στην παρουσίαση βίντεο στο τέλος αυτής της σελίδας. Όσο γρηγορότερα γυρίζετε, τόσο φωτεινότερο. Αφιερώστε λίγο χρόνο και απολαύστε την παραγωγή σας, αργότερα ας αναλύσουμε τι συμβαίνει εδώ.

Εντάξει, τώρα για τεχνική, ας αναλύσουμε λίγα πράγματα. Θα έπρεπε να έχετε παρατηρήσει ότι η λυχνία LED ανάβει ανεξάρτητα από την κατεύθυνση που περιστρέφετε τον περιστρεφόμενο ή με ποια πολικότητα συνδέετε το LED. Αυτό συμβαίνει επειδή εδώ το LED ανάβει στην τάση AC. Τι….?????

Ναι, καμία γεννήτρια δεν μπορεί ποτέ να παράγει τάση DC. Όταν η τάση παράγεται σε μια γεννήτρια, η προεπιλεγμένη τάση θα είναι AC. Ακόμη και σε γεννήτριες DC, η άμεση τάση που παράγεται από τον στάτορα είναι AC και αργότερα μετατρέπεται μηχανικά σε DC χρησιμοποιώντας μια διάταξη που ονομάζεται commutator.

Εκτίμηση της ροής που παράγεται από τον Spinner:

Μέχρι στιγμής τόσο καλό, μπορείτε να προχωρήσετε και να δώσετε στον εαυτό σας ένα cookie για να κατανοήσετε τα πράγματα μέχρι τώρα. Αλλά ας προσπαθήσουμε να καταλάβουμε μερικά ακόμη πράγματα χρησιμοποιώντας κάποιους τύπους.

Ο ηλεκτρομαγνήτης που χρησιμοποιείται εδώ είναι του αριθμού μοντέλου ZYE1-P20 / 16 που έχει τις ακόλουθες προδιαγραφές που αναφέρονται στο δελτίο δεδομένων του. (Υπάρχουν περισσότερα, έχω αναφέρει μόνο τα απαιτούμενα)

Τάση: 12V

Ρεύμα: 0,25Α

Δύναμη συγκράτησης: 2,5kg / cm ² ή 25N

Κεντρική διάμετρος: 8mm

Για να βρείτε τον αριθμό των στροφών του πηνίου μέσα, ας χρησιμοποιήσουμε τους τύπους

F = ((NI) 2 × µ0 × a) / (2 × g2)

Οπου, F = Δύναμη συγκράτησης στο Newton

N = Αριθμός στροφών, τις οποίες σκοπεύουμε να βρούμε

I = Ρεύμα που ρέει μέσω του ηλεκτρομαγνήτη σε Amps

µ0 = Μαγνητική σταθερά, που είναι 4π × 10 ^-7

a = Περιοχή έλξης σε m ²

g = διάκενο μεταξύ του ηλεκτρομαγνήτη και του μετάλλου σε μέτρα

Σε αυτά γνωρίζουμε τη δύναμη από το φύλλο δεδομένων που είναι 25N, το ρεύμα είναι 0,25A, και η περιοχή έλξης υπολογίζεται χρησιμοποιώντας πr ² (όπου το r είναι 8mm) που δίνει 0,125 m ². Τέλος, το διάκενο είναι 0,01m αφού το 25N δίνεται για απόσταση ανά cm.

Χρησιμοποιώντας την παραπάνω τιμή, ο αριθμός στροφών στον ηλεκτρομαγνήτη μας υπολογίζεται να είναι περίπου 715 στροφές. Τώρα που γνωρίζουμε τον αριθμό των στροφών στον ηλεκτρομαγνήτη μας, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτές τις πληροφορίες για να βρούμε τη μαγνητοκινητική δύναμη (mmf) που παράγεται από τον περιστρεφόμενο όταν περιστρέφεται με τους μαγνήτες.

MMF = I × Β

Όπου, είμαι το ρεύμα και Ν είναι ο αριθμός στροφών.

Το ρεύμα που ρέει μέσω του LED θα μπορούσε να προσεγγιστεί στα 20mA.

MMF = 0,02 * 715 = 14,3 σε

Αυτή η τιμή του MMF είναι πολύ μικρή από αυτήν σε σύγκριση με τις πραγματικές γεννήτριες, αλλά για έναν περιστρεφόμενο στροφέα με μαγνήτες, αυτό είναι το μόνο που μπορούσαμε να πάρουμε. Επίσης, σημειώστε ότι αυτοί οι υπολογισμοί πραγματοποιήθηκαν μόνο για κατανόηση και δεν προορίζονται να χρησιμοποιηθούν για ανάλυση.

Ελπίζω ότι καταλάβατε ότι απολαύσατε το έργο και μάθατε κάτι χρήσιμο από αυτό. Εάν έχετε οποιαδήποτε αμφιβολία χρησιμοποιήστε την ενότητα σχολίων ή τα φόρουμ για να το επιλύσετε.