Generator prądu Fidget spinner

Generator elektryczny jest bardzo popularna i użyteczna maszyna elektryczna, która została odkryta przez Michaela Faradaya w 1832. Od tego czasu zostały przy użyciu tych maszyn we wszystkich naszych elektrowniach, aby zapewnić energię elektryczną dla naszej planety. W tym projekcie zamierzamy zbudować prosty generator przy użyciu elektromagnesu i obrotowej przędzarki, aby zrozumieć koncepcję generatora.

Zanim zaczniemy, warto wiedzieć o generatorach. Nie wytwarzają prądu. Tak, dobrze słyszałeś! W rzeczywistości nigdy nie można wyprodukować elektryczności; zgodnie z prawem zachowania energia może być przenoszona tylko z jednego stanu do drugiego. Tak więc w generatorze wirnik jest obracany za pomocą dowolnego sprzężenia mechanicznego turbiny lub silnika, a ten obrót mechaniczny jest zamieniany na energię elektryczną w stojanie. Zamierzamy zrobić to samo, użyjemy przędzarki typu fidget jako wirnika i elektromagnesu jako stojana do wytworzenia energii elektrycznej, która jest wystarczająco mała, aby świecić diodą LED. Brzmi interesująco, prawda? Zacznijmy…

Wymagane materiały:

1. Fidget spinner
2. Elektromagnes
3. Magnesy neodymowe

Jak działa elektromagnes?

Zanim przejdziemy do tego projektu Fidget Spinner Electricity Generator, ponieważ używamy elektromagnesu, zrozummy, jak to działa. Ten, którego używamy w naszym projekcie, to elektromagnes 12V 0,25A (więcej specyfikacji technicznych zostanie omówionych później). Więc oczywiście, jeśli dostarczymy 12V, zużyje około 0,25A i wytworzy pole magnetyczne (B), które przyciągnie każdy kawałek metalu w swoim otoczeniu. To pole magnetyczne jest wytwarzane, ponieważ prąd przepływa przez cewkę znajdującą się wewnątrz elektromagnesu i jak wiemy zgodnie z prawem indukcji Faradaya,wszystkie obecne przewodniki wytwarzają wokół siebie pole magnetyczne. To pole magnetyczne jest skoncentrowane w określonym punkcie ze względu na układ cewki i dlatego jest w stanie przyciągać metal. Ale nie chcemy, żeby to tutaj działało.

Pamiętając o tym samym prawie dalekowzrocznym, powinniśmy być w stanie generować prąd poprzez wytwarzanie zmiennego pola magnetycznego w pobliżu elektromagnesu, tak aby działał jak generator. Aby stworzyć zmienne pole magnetyczne, użyjemy magnesów neodymowych z obrotową przędzarką.

Konfiguracja projektu generatora energii elektrycznej:

Konfiguracja jest stosunkowo prosta, wystarczy umieścić magnesy neodymowe na przędzarce typu fidget (jak pokazano poniżej) i umieścić ją bezpośrednio nad elektromagnesem.

Magnesy neodymowe są bardzo silne i będą próbować przyciągnąć elektromagnes, jeśli będziesz go obracać wolną ręką. Dlatego zastosuj jakiś układ, aby utrzymać je w stanie nienaruszonym. Użyłem nakrętki i śruby do tego samego, co pokazano na poniższym obrazku. Gdy to zrobisz, podłącz diodę LED do zacisku wyjściowego elektromagnesu (bez polaryzacji) i jesteś gotowy na spin.

Generowanie energii elektrycznej za pomocą Fidget Spinner do świecenia diody LED:

Nasz mini generator jest gotowy do działania. Po prostu obróć fidget spinner ręką i powinieneś zauważyć świecącą się diodę LED. To samo można znaleźć w prezentacji wideo na końcu tej strony. Im szybciej kręcisz, tym jaśniej się świeci. Poświęć trochę czasu i ciesz się wynikami, a później przeanalizujmy, co się tutaj dzieje.

OK, teraz, aby uzyskać informacje techniczne, przeanalizujmy kilka rzeczy. Powinieneś zauważyć, że dioda LED świeci bez względu na to, w którym kierunku obracasz pokrętło lub w jakiej polaryzacji podłączasz diodę LED. Dzieje się tak, ponieważ tutaj dioda LED faktycznie świeci przy napięciu zmiennym. Co….?????

Tak, żaden generator nigdy nie jest w stanie wytworzyć napięcia stałego. Kiedy napięcie jest wytwarzane w generatorze, jego domyślne napięcie będzie wynosić AC. Nawet w generatorach prądu stałego natychmiastowe napięcie wytwarzane ze stojana jest prądem przemiennym, które jest później mechanicznie przekształcane na prąd stały za pomocą układu zwanego komutatorem.

Szacowanie strumienia produkowanego przez Spinner:

Jak na razie dobrze, możesz śmiało dać sobie ciasteczko do zrozumienia dotychczasowych rzeczy. Ale spróbujmy dowiedzieć się jeszcze kilku rzeczy, używając niektórych formuł.

Zastosowany tutaj elektromagnes ma numer modelu ZYE1-P20 / 16, który ma następującą specyfikację wymienioną w arkuszu danych. (Jest ich więcej, wymieniłem tylko te wymagane)

Napięcie: 12 V.

Prąd: 0,25A

Siła trzymania: 2,5 kg / cm ² lub 25 N.

Średnica środka: 8 mm

Aby znaleźć liczbę zwojów cewki w środku, użyjmy wzorów

F = ((NI) 2 × µ0 × a) / (2 × g2)

Gdzie, F = siła trzymająca w niutonach

N = liczba zwojów, które zamierzamy znaleźć

I = Prąd przepływający przez elektromagnes w amperach

µ0 = stała magnetyczna, która wynosi 4π × ^10-7

a = powierzchnia przyciągania wm ²

g = przerwa między elektromagnesem a metalem w metrach

W tych znamy siłę z arkusza, który jest 25N, prąd 0.25A, a obszar przyciągania jest obliczana za pomocą πr ² (gdzie R oznacza 8mm), która daje 0,125m ². Ostatecznie odstęp wynosi 0,01 m, ponieważ 25 N jest podawane na cm odległości.

Używając powyższej wartości, obliczono liczbę zwojów w naszym elektromagnesie na około 715 zwojów. Teraz, gdy znamy liczbę zwojów w naszym elektromagnesie, możemy wykorzystać te informacje, aby znaleźć siłę magnetomotoryczną (mmf) wytwarzaną przez przędzarkę, gdy obraca się wraz z magnesami.

MMF = I × N

Gdzie ja jest prądem, a N jest liczbą zwojów.

Prąd przepływający przez diodę LED można przybliżyć do 20 mA.

MMF = 0,02 * 715 = 14,3 At

Ta wartość MMF jest bardzo, bardzo mała w porównaniu z rzeczywistymi generatorami, ale dla fidget spinner z magnesami to wszystko, co mogliśmy uzyskać. Zwróć również uwagę, że te obliczenia wykonaliśmy tylko dla zrozumienia podstaw i nie mają być używane do analizy.

Mam nadzieję, że projekt Ci się podobał i nauczyłeś się z niego czegoś pożytecznego. Jeśli masz jakiekolwiek wątpliwości, skorzystaj z sekcji komentarzy lub forów, aby rozwiązać problem.