Динамо-втулка - це електричний генератор для велосипеда , Вбудований в спеціальну втулку . Динамо-втулки розробила компанія Sturmey-Archer в Англії. У 2010 році в Тайвані ними була представлена нова версія динамо-втулки в комбінації з барабанним гальмом. В даний час динамо-втулки також виробляються компаніями Schmidt і Shimano, які строго кажучи не є «динамо-втулками», тому що «динамо-втулка» це торгова марка Sturmey-Archer. Купити динамо-втулку Shimano можна і за 50 доларів, але наприклад ціна динамо-втулок Supernova може доходити і до 300 доларів.
Потужність класичних динамо-втулок становить 1.8 Вт при напрузі 6 В, тоді як інші велосипедні динамо-машини включаючи нові динамо-втулки виробляють 2.4 Вт або 3 Вт. Фари, що продавалися з класичної динамо-втулкою, були точно розраховані на ефективне використання низької потужності. Фара на 2.4 Вт від інших динамо-машин в комбінації з заднім ліхтарем на 0.6 Вт, встановлена на велосипед з класичної динамо-втулкою, буде світити тьмяно.
Завдяки вдосконаленню технології магнітів динамо-втулки стали менше, легше, могутніше. Також набагато ефективнішими стали джерела світла - галогенові лампи або світлодіоди , Так що тепер сучасні динамо-машини можуть виробляти в кілька разів більше світла, ніж класичні динамо-втулки.
Динамо-втулки досить важкі (нові в меншій мірі через використання рідкоземельних магнітів і алюмінієвих оболонок), абсолютно безшумні, У них отсуствуют рухомі частини, внаслідок чого практично немає механічного тертя. Вони працюють за рахунок кольцевидного багатополюсного магніту, розташованого усередині корпусу втулки збільшеного розміру, що обертається навколо прикріпленого до осі нерухомого якоря (котушки). Динамо-втулка має дуже низький опір обертанню.
Харчування фар від динамо-втулок.
Динамо-втулки є генераторами змінного струму. Як і інші велосипедні генератори, на високих швидкостях вони можуть спалити лампи - за винятком ламп сучасних фар, в яких встановлено напівпровідниковий регулятор напруги. У порівнянні з пляшковими динамо-машинами динамо-втулки виробляють більше світла на низьких швидкостях за рахунок того, що у них частота змінного струму нижче. У лампи більше часу на розігрів на кожній амплітуді імпульсу струму. На низьких швидкостях фара з живленням від динамо-втулки помітно пульсує, а фара живиться пляшкової динамо-машиною тільки тьмяно світить.
Із зростанням швидкості велосипедного генератора зростає і частота струму. Це дуже корисна закономірність, так як з ростом частоти індуктивність обмотки якоря генератора пропускає змінний струм менш ефективно, що в значній мірі протидіє зростанню напруги з ростом швидкості. Цей ефект індуктивності дозволяє використовувати генератор в більш широкому спектрі швидкостей. Все ж гонщики повинні подбає про харчування ламп або ж використовувати сучасну систему освітлення з регулятором напруги.
На сайті Шелдона Брауна можна знайти схему простого регулятор напруги. Якщо ти хочеш її зібрати, то зверни увагу, що з метою запобігання надмірній зарядки при струмі нижче 0.3 А вимагає встановити інший в «денну» позицію нікель-кадмієвий або нікель-метал-гідридний акумулятор ємністю від 10 ампер-годин (наприклад типовий комплект з п'яти високоёмкіх нікель-метал-гідридних D елементів).
Нікель-кадмієвий або нікель-металгідридний акумулятор також може надмірно розрядиться або отримати незворотні пошкодження тому випадку, якщо сильніші елементи будуть проганяти потужність в зворотному напрямку через слабші елементи ( «зміна полярності»). «Інтелектуальна» система в цьому випадку відключає зарядку і зупиняє розрядку на безпечному рівні. Сучасні динамо-машини, що працюють під час зупинки ( «гальмо світло»), комплектуються світлодіодним фарою , А для накопичення енергії конденсатором. На випадок виходу з ладу генератора як запасний варіант можна встановити на велосипед передні і бічні дорожні відбивачі, практично даремні під час руху, але ефективні при зупинці.
Коли раніше у мене на тандемі стояла динамо-втулка, лампочка споживала занадто багато енергії. Я вирішив цю проблему (і деякі інші) за допомогою двухполуперіодного мостового випрямляча, подавши випрямленний постійний струм паралельно до 6 вольтную (5 елементів по 1.2 В) нікель-кадмієвих акумуляторів. Дана схема не тільки дає світло під час зупинок, а також дозволяє динамо-машині підзарядити нікель-кадмієвий акумулятор і на високих швидкостях, коли напруга на клемах перевищує 6 В, нікель-кадмієвий акумулятор завдяки низькому внутрішньому опору відсмоктує надлишок енергії, що дає невеликий додатковий заряд і обергает лампу від перегорання.
Динамо-втулка, нахоядщаяся по під постійною напругою, завжди приєднана до фарі і під час руху невохможно вимкнути світло. Звичайно можна було для цієї мети просто забезпечити схему перемикачем, але в цьому немає ніякої необхідності.
Є три режими роботи цієї схеми живлення акумуляторної батареї і фар. У «нічному» положенні нікель-кадмієві акумулятори підключені паралельно з випрямленою струмом динамо-втулки, як було описано вище. У «денному» положенні нікель-кадмієві акумулятори підключені до фар і динамо-машині через діод (випрямляч). Це дозволяє динамо-втулки заряджати батарею, коли вона крутиться досить швидко, але не подавати електрику в зворотному напрямку, щоб акумулятора вистачатиме розряджався від фари.
У позиції «парковка» акумулятор повністю відключений через те, що діоди не ідеальні і вони створюють невелику витік струму, розряджається нікель-кадмієві акумулятори.
Динамо-втулки на відміну від більшості велосипедних динамо-машин не використовують велосипедну раму як землю і можуть бути використані з наведеної вище схемою. У двопівперіодним випрямлячі ланцюг змінного струму повинна бути відокремлена від ланцюга постійного струму. Тому щоб використовувати двох-полупериодного випрямлення, динамо-машина або лампи потрібно ізолювати від рами. Динамо-втулки завжди ізольовані від рами, тому у них дві клеми і подвійний дріт.
Випрямляч для динамо-втулок.
«Випрямляч» - це пристрій, що перетворює змінний струм в постійний. Найпростішим видом випрямляча яляется «діод», що представляє собою односпрямований клапан в електриці. Діод, підключений послідовно з джерелом змінного струму, пропускає струм тільки половину часу, коли змінний струм тече в сумісному напрямку. При використанні одного діода не використовується половина електрики, що призводить до пульсуючому постійному струму.
Існує проста схема випрямляча з використанням чотирьох діодів, яка називається «мостовий випрямляч». Вона ефективно перемикає полярність під час кожного циклу і перетворює змінний струм в постійний з незначними втратами. Можна спаяти чотири діода разом в правильній конфігурації, але зараз простіше купити «двонапівперіодний мостовий випрямляч». З огляду на, що динамо-втулка працює на низькій напрузі, при використанні кремнієвих діодів виникають значні втрати - 1.4 В. При використанні германієвих діодів вони становлять лише 0.4 В. Наша більш просунута схема живлення від динамо дозволяє значно зменшити втрати, але вона досить складна і під силу тільки електронним хакерам.
