- Історія динамо-машин для велосипедів. Велосипедні динамо-машини являють собою звичайні генератори...
- Випробувальний стенд.
- Інструменти.
- Вимірювання.
- Потужність і швидкість Dymotec6.
- Продуктивність Dymotec6 при різній температурі.
Історія динамо-машин для велосипедів.
Велосипедні динамо-машини являють собою звичайні генератори змінного струму, обладнані постійними магнітами. Вони можуть працювати при досить низькій частоті обертання колеса.
Пляшкові динамо-машини , Що працюють на бічній поверхні колеса, які багато років були найпопулярнішими, зараз витіснені динамо-втулками . Існують також динамо-машини іншого типу: динамо-машина на спицях колеса, роликовий динамо-машина, але вони не набули широкого поширення.
У статті будуть розглянуті електричні характеристики пляшкових велосипедних динамо-машин і способи отримання максимальної потужності.
Потужність динамо-машин.
У Європі більшість велосипедних динамо-машин розраховані на 3 Вт (це 500 мА при напрузі 6 В). потужність фари, що працює від динамо-машини , Залежить від швидкості. Зазвичай вона нульова при зупинці, на середній швидкості - 3 Вт, на дуже великій швидкості - всього трохи більше 3 Вт. Щоб не спалити лампи, деякі виробники устанвливается в динамо-машини обмежують опорні діоди та інші механізми захисту від перенапруги.
Випробувальний стенд.
Протестовано три генератора (зліва направо): Busch + Müller Dymotec6, AXA HR і один дешевий китайський.
- У B & M Dymotec6 хороша механіка. Вона добре біжить по покришці. Її часто можна зустріти на якісних туристичних велосипедах . У 2004 році цю динамо-машину купити можна було за 24.90 євро.
- AXA HR оснащена потужними магнітами. З усіх протестріованних генераторів дає найбільший струм. Для обмеження вихідної напруги передбачено два послідовно підключених опорних діода (BZX 85C 7V5). Перед проведенням вимірів розкрили пластмасовий корпус і видалили ці діоди. Її часто встановлюють на велосипеди відомих виробників. Ціна AXA HR 16.99 євро.
- У дешевої китайської динамо-машини магнітні властивості трохи гірше ніж у Dymotec6. Механіка не розрахована на інтенсивне використання, але вона відповідає всім нормам. Вона скріплена двома гвинтами і її можна повністю розібрати. Нею зазвичай комплектують «ашанбайкі». Вона може стане в нагоді велосипедистам рідко катається в темряві, так як її можна купити всього за 3.45 євро.
Інструменти.
Для вимірювання електричних характеристик велосипедних динамо-машин ми створили інструмент, який вимірює швидкість велосипеда грунтуючись на кількості оборотів генератора за хвилину:
Зібрали його з ліхтарика Panasonic і велокомпьютера Trelock FC 404. Також необхідно додаткова схема (дивіться нижче) обмеження змінної напруги динамо-машини і зниження його до частоти, яку може обробити велокомпьютер .
Спочатку ми намагалися використовувати дешевий велокомпьютер, але незабаром виявили, що він сильно округлює свідчення на високій швидкості. Тому замінили його на фірмовий Trelock FC 404, який показує швидкість з точністю до десятих часток км / год.
Щоб правильно виставити в велокомп'ютер окружність колеса, необхідно знати діаметр колеса і число полюсів магніту динамо-машини. Більшість пляшкових динамо-машин мають 8 полюсів - їх можна відчути, як 8 кроків при обороті колеса (або виміряти 4 повних синусоїди за один оборот). Формула розрахунку окружності колеса, що вводиться в велокомпьютер:
2πDn / p, де D - діаметр колеса, n - коефіцієнт ділення CD4060 (Q4 = 16), p - кількість полюсів магніту.
Для вимірювань наведених нижче також використовуються мультиметр, осцилограф, лабораторний блок живлення і регульована навантаження, заснована на мікросхемі лінійного регулятора LM317T.
Вимірювання.
Максимальна потужність динамо-машин.
Установка: Динамо-машина, подвоювач напруги Гріначера з двома 1N5818 і двома 1000uF, навантаження 100 - 250 мА, спідометр приєднаний до динамо-машині.
Методика: Запускаємо динамо-машину на 15 км / год. Вимірюємо напруга паралельно навантаженні по струму 100, 130, 160, 190, 220, 250 мА. Повторюємо на 40 км / год. Повторюємо для кожної динамо-машини. Знаючи напругу і струм підраховуємо потужність. Будуємо графік потужності і струму.
Результати: AXA HR видає максимальну потужність при струмі 200 мА (після удвоителя напруги), B & M Dymotec6 при 180 мА, дешева динамо-машина при 160 мА. Незалежно від швидкості у AXA HR найвища потужність, а у дешевої динамо-машини найнижча.
Висновки: Максимальна потужність досягається при певному струмі, вона мало залежить від швидкості, а переважно залежить від самої динамо-машини. Коротше кажучи: Динамо-машина - це джерело струму.
Потужність і швидкість Dymotec6.
Криві для інших моделей аналогічні кривої для Busch & Müller Dymotec6 з тією тільки різницею, що потужність буде трохи більше або менше.
Установка: Dymotec6, подвоювач напруги Гріначера з двома 1N5818 і двома 1000uF, навантаження на 180 мА, спідометр.
Методика: Запускаємо динамо-машину на 4, 5, 7, 9, 12, 15, 19, 24, 31, 40, 50 км / год і вимірюємо напруга паралельно навантаженні. Підраховуємо для кожної швидкості потужність = виміряне напруга × 180 мА струму і будуємо графік.
Висновок: З добре підібраній навантаженням на середній швидкості Dymotec6 видає 2.7 Вт, на високій швидкості 5 Вт і на дуже високій швидкості 6 Вт. Дані показники досягаються без зміни динамо-машини.
Питання: Чому не перегорає лампочка в стандартній фарі на 3 Вт підключеної до Dymotec6 на швидкості 50 км / год?
Відповідь: Тому що на такій швидкості навантаження підібрана неправильно (струм теж великий) і лампочка не споживає максимальну потужність.
Питання: Де губиться енергія, якщо навантаження не споживає максимально можливу потужність?
Відповідь: Вона не пропадає. Просто динамо-машина обертається з меншим зусиллям. Спробуйте на повній швидкості замкнути виходи динамо-машини - струм сильно впаде.
Продуктивність Dymotec6 при різній температурі.
Під час роботи динамо-машини зростає її температура. Ми тестували B + M Dymotec6 на швидкості 50 км / год при температурі 23º C. Підключені схема удвоителя Гріначера (два 1N5818 і два 1000uF) і навантаження 180 мА. Вимірювалася виділяється на навантаженні потужність. Експеримент проводився на стаціонарній платформі, тому динамо-машина не охолоджувалася. Приблизно через 20 хвилин її потужність знижується з 100% до 80%. Через 10 хвилин спостерігається ще деяке падіння потужності. Через 30 хвилин температура корпусу склала 89º C. Усередині напевно ще спекотніше.
Далі прикрутили звичайний 80 міліметровий комп'ютерний кулер для імітації охолодження, яке виникає при русі на велосипеді. Потужність почала зростати і в підсумку досягла 89% від початкового значення. Температура зупинилася приблизно на 40º C.
Для цього експерименту була обрана Dymotec6, так як в ній серед всіх протестованих динамо-машин найкраща механіка. З нею нічого не сталося протягом двох годин при виробництві 5 Вт енергії на швидкості 50 км / год. Багато динамо-машини не витримують таке навантаження. Через високу внутрішньої температури страждають підшипники, які швидко зношуються. Якщо при обертанні магніт приходить в зіткнення зі статором, то через тертя різко збільшується внутрішня температура, що призводить до оплавлення корпусу і заклинювання ротора. На нашій установці це призведе тільки до від'єднання двигуна від динамо-машини, тоді як на реальному велосипеді переднє колесо може раптово розвалиться внаслідок руйнування валом ротора покришки, обода або спиць. Тому краще ніколи не купуйте дешеві динамо-машини.
