מחולל חשמל לקשקש ספינר

חשמלי גנרטור נפוץ מאוד ושימושי מכונים חשמלי שהתגלה על ידי מייקל פאראדיי בשנת 1832. מאז ועד היום היינו באמצעות מכונות אלה בכל תחנות הכח שלנו כדי לספק חשמל עבור הפלנטה שלנו. בפרויקט זה, אנו הולכים לבנות גנרטור פשוט באמצעות אלקטרומגנט וסיבוב לקשקש כדי להבין את מושג הגנרטור.

לפני שנתחיל חשוב לדעת על גנרטורים. הם לא מייצרים חשמל. כן, שמעתם את זה נכון! למעשה, לעולם לא ניתן לייצר חשמל; על פי חוק השימור, ניתן להעביר אנרגיה רק ​​ממצב אחד למשנהו. אז בגנרטור, הרוטור מסתובב באמצעות כל צימוד מכני מטורבינה או מנוע וסיבוב מכני זה מומר לאנרגיה חשמלית בסטטור. אנחנו הולכים לעשות את אותו הדבר, נשתמש בספין הקשקש כרוטור ובאלקטרומגנט כסטטור להפקת חשמל קטן מספיק כדי להאיר נורית LED. נשמע מעניין נכון? בוא נתחיל…

חומרים נדרשים:

1. ספינדר לקשקש
2. אלקטרומגנט
3. מגנטים ניאודימיום

כיצד פועלת אלקטרומגנט?

לפני שתמשיך בפרויקט זה של מחולל החשמל של Fidget Spinner, מכיוון שאנו משתמשים באלקטרומגנט אנו יכולים להבין כיצד הוא עובד. זה שאנו משתמשים בו בפרויקט שלנו הוא אלקטרומגנט 12V 0.25A (מפרט טכני נוסף יידון בהמשך). אז ברור שאם אנו מספקים 12 וולט הוא ייצרך סביב 0.25A וייצור שדה מגנטי (B) שימשוך כל פיסת מתכת בסביבתה. שדה מגנטי זה מיוצר מכיוון שהזרם זורם דרך הסליל שנמצא בתוך האלקטרומגנט וכידוע על פי חוק האינדוקציה של פאראדיי,כל המוליכים הנושאים הנוכחיים מייצרים שדה מגנטי סביבם. שדה מגנטי זה מרוכז בנקודה מסוימת עקב סידור הסליל ולכן הוא מסוגל למשוך מתכת. אבל לא ככה אנחנו רוצים שזה יעבוד כאן.

כשקפידו על אותו חוק רחוק, עלינו להיות מסוגלים לייצר זרם גם על ידי יצירת שדה מגנטי משתנה ליד האלקטרומגנט, כך שהוא משמש כמחולל. אז כדי ליצור את השדה המגנטי המשתנה הזה נשתמש במגנטים של ניאודימיום עם ספינר לקשקש.

הגדרת פרויקט מחולל חשמל:

ההגדרה לכך פשוטה יחסית, אתה רק צריך למקם את מגנטים הניאודימיום מעל לספין הקשקש (כפי שמוצג להלן) ולהניח אותו ישירות מעל האלקטרומגנט.

מגנטים הניאודימיום הם חזקים מאוד וינסו להימשך לאלקטרומגנט אם אתה מסובב אותו ביד החופשית. לפיכך השתמש בסידור כלשהו כדי להחזיק את שניהם בשלמותם. השתמשתי בסידור אגוזים ובריח עבור אותו כפי שמוצג בתמונה למטה. ברגע שזה נעשה, חבר נורית LED למסוף הפלט של האלקטרומגנט (ללא קוטביות) ואתה מוכן לסיבוב.

ייצור חשמל באמצעות Fidget Spinner להאיר נורית:

הגנרטור המיני שלנו מוכן לפעולה. פשוט סובב את הסביבון לקשקש בידך וכדאי שתבחין בנורת הלילה. ניתן למצוא את אותו הדבר גם במצגת הווידיאו בסוף עמוד זה. ככל שמסתובבים מהר יותר הוא מאיר יותר. הקדישו זמן ותיהנו מהפלט שלכם, אחר כך בואו ננתח מה קורה כאן.

אוקיי, עכשיו כדי להיות טכני, בואו ננתח כמה דברים. היית צריך לשים לב שהנורית תידלק זו לא משנה לאיזה כיוון אתה מסובב את הסובב או באיזה קוטביות אתה מחבר את הנורית. הסיבה לכך היא שכאן הנורית למעשה זוהרת על מתח AC. מה….?????

כן, אף גנרטור אינו מסוגל לייצר מתח DC. כאשר המתח מופק בגנרטור מתח ברירת המחדל שלו יהיה AC. גם בגנרטורים של DC, המתח המיידי המופק מהסטטור הוא AC, ולאחר מכן הוא הופך מכנית ל DC באמצעות סידור הנקרא commutator.

הערכת השטף שהפיק ספינר:

עד כאן כל כך טוב, אתה יכול להמשיך ולתת לעצמך עוגיה להבנת הדברים עד כה. אבל בואו ננסה להבין כמה דברים נוספים בעזרת כמה נוסחאות.

האלקטרומגנט ששימש כאן הוא של מספר הדגם ZYE1-P20 / 16 עם המפרט הבא המוזכר בגליון הנתונים שלה. (יש עוד, רשמתי רק את הנדרשים)

מתח: 12V

זרם: 0.25A

כוח אחיזה: 2.5 ק"ג / ס"מ ² או 25N

קוטר מרכז: 8 מ"מ

על מנת למצוא את מספר סיבובי הסליל בפנים, נשתמש בנוסחאות

F = ((NI) 2 × µ0 × a) / (2 × g2)

איפה, F = כוח מחזיק בניוטון

N = מספר סיבובים שאנו מתכוונים למצוא

אני = זרם הזורם דרך האלקטרומגנט במגברים

µ0 = קבוע מגנטי, שהוא 4π × 10 ^-7

a = שטח האטרקציה מ ²

g = פער בין האלקטרומגנט למתכת במטרים

באלה אנו מכירים את הכוח מגליון הנתונים שהוא 25N, הזרם הוא 0.25A, ואזור המשיכה מחושב באמצעות πr ² (כאשר r הוא 8mm) המקנה 0.125m ². לבסוף, הפער הוא 0.01 מ 'שכן ה- 25N ניתן למרחק לכל ס"מ.

באמצעות הערך הנ"ל מספר הסיבובים באלקטרומגנט שלנו מחושב בערך סביב 715 סיבובים. כעת, כשאנו יודעים את מספר הסיבובים באלקטרומגנט שלנו אנו יכולים להשתמש במידע זה כדי למצוא את הכוח המגנטי (mmf) המיוצר על ידי הספינר כאשר הוא מסתובב עם המגנטים.

MMF = I × N

איפה, אני הוא הזרם ו- N הוא מספר הסיבובים.

הזרם הזורם דרך ה- LED יכול להיות מקורב ל -20 mA.

MMF = 0.02 * 715 = 14.3 בשעה

הערך הזה של MMF הוא מאוד מאוד קטן מזה בהשוואה לגנרטורים בפועל, אבל עבור ספינר לקשקש עם מגנטים, זה כל מה שיכולנו לקבל. כמו כן, שים לב כי חישובים אלה ביצענו רק לצורך הבנה ואינם מיועדים לשמש לניתוח.

מקווה שהבנת נהנית מהפרויקט ולמדת ממנו משהו שימושי. אם יש לך ספק השתמש בסעיף ההערות או בפורומים כדי לפתור את הבעיה.