Bicycle generator: The ultimate DIY guide (With examples!)/uk

Дані про місцезнаходження

Карта	Завантаження карти... +− Листівка | © Автори OpenStreetMap
Розташування	Арката , Каліфорнія
Координати	40° 51' 59,46" пн.ш., 124° 4' 58,22" зх.д.

Цілком можливо, що ви знайомі з педальною силою принаймні в її найтрадиційнішій формі: їзда на велосипеді! У CCAT ідея педалювання для створення енергії, яку можна перетворити на роботу, була розширена за межі традиційної форми. Крутячи педалі велосипеда, можна живити телевізор, ноутбук, пральну машину, свердлильний верстат... можливості обмежуються лише вашою уявою.

Мета цієї сторінки — надати посібник зі створення генератора на велосипеді . Перші два кроки також будуть корисними для тих, хто бажає створити механічний пристрій з педальними двигунами , оскільки компоненти в основному однакові з деякими незначними відмінностями, які будуть зазначені в кожному випадку.

Звісно, ​​не завадить звернутися за допомогою до постійного експерта з педалей Барта Орландо . Як довідку для вашого проекту, CCAT веде список пристроїв , над якими працювали студенти.

компоненти

Ось компоненти, необхідні для виготовлення електричного пристрою з педальними приводами своїми руками:

• Стаціонарний велосипед або велотренажер
• Ремінь і шків
• Генератор
• Діод
• Запобіжник
• Батарея
• Інвертор
• Проста машина

велосипеда

Велосипед – це перший елемент педального пристрою. Майже будь-який велосипед підійде для використання, включаючи багатошвидкісний велосипед, гірський велосипед і навіть велотренажер (наприклад, той, що використовується в педальному електричному блендері CCAT )! Очевидними важливими характеристиками тут є те, що руки або ноги обертають кривошип, прикріплений до шестерні, що змушує колесо обертатися.

Стаціонарне

Проектування пристрою з педальними двигунами за допомогою стандартного велосипеда, такого як портативний педальний генератор Роуена, має свої переваги. Це також вимагає більше роботи, ніж використання велотренажера, оскільки велотренажер розроблений для стаціонарного використання. Велосипеди можуть бути дуже дешевими (в Аркаті, Каліфорнія, чудовим місцевим ресурсом є The Bike Library , де велосипеди можна орендувати практично задарма!). Використання велосипеда для живлення пристрою заощаджує ваші рахунки за електроенергію та дає вашому велосипеду друге призначення.

Однією з ключових проблем під час проектування пристрою з педальними приводами є стабільність велосипеда. Переднє колесо має бути убезпечене від руху. Або зніміть його та стабілізуйте раму, помістивши між шлакоблоками, або використовуйте відповідне кріплення для колеса. Заднє колесо має бути підняте, щоб воно вільно оберталося. Найкращим рішенням для цього, здається, є підставка для велотренажера, подібна до тієї, що використовується у WaterPod Tour de Volts . Вона не потребуватиме зняття шин та постійної модифікації велосипеда, що дозволить зберегти його придатність до використання. Інший, більш трудомісткий варіант – використовувати балки 2x4 та фанеру для створення піднятої платформи, де колесо зависатиме. Будьте обережні, щоб велосипед був міцним та стійким.

Після того, як велосипед правильно налаштовано для нерухомого положення, рух педалей необхідно регулювати за допомогою маховика. По суті, маховик – це важкий обертовий диск, який використовується для накопичення імпульсу. Маховик чинить опір змінам швидкості, що допомагає стабілізувати обертання вала генератора, оскільки велосипед передає нерівномірний крутний момент. Для більш детального пояснення маховиків, включаючи конструктивні характеристики, натисніть тут . Якщо ви не хочете тимчасово зробити велосипед непридатним для використання, ви можете зняти шину та камеру навколо заднього колеса та прокласти ремінь до шківа, прикріпленого до генератора (на типовому 10-швидкісному велосипеді клиновий ремінь розміру B повинен працювати зі шківом 2,5 дюйма).

вправи

Велотренажер, подібний до того, що використовується в Pedal Power MEOW, – чудовий варіант. Він розроблений як стаціонарний, тому вже має бути стійким. Крім того, багато необхідних доповнень до велосипеда не потрібні. У багатьох випадках маховик вже є навколо обертового колеса велосипеда. Бажано використовувати передній маховик з каналом для розміщення ременя вентилятора. Ефективною зарекомендувала себе передача велосипеда з 52-зубчастою ланцюговою ланцюговою зіркою на велотренажері, з'єднаною ланцюгом з маховиком, який має 16-зубчастий муфту вільного ходу. Ефективним діаметром маховика є суцільнометалевий маховик діаметром 15,5 дюймів.

ременя та шківа

Ремінь потрібен для з'єднання обертового колеса велосипеда (або маховика) з генератором через шків. Залежно від вашої конфігурації, для правильного встановлення ременя може знадобитися певна механічна робота. Після того, як колесо готове, просто проведіть ремінь вздовж канавки колеса та з'єднайте його (не допускаючи провисання ременя) зі шківом, прикріпленим до генератора. Приклад використання ременя та шківа можна знайти в хостелі Samoa Pain in the Axle .

Шків працює як колесо на велосипеді. Ремінь кріпить його до генератора. Це дозволяє передавати роботу, що виконується на велосипеді, на генератор. Ремінь і шків – це одна з шести простих машин, які зазвичай використовуються для всіляких механічних проектів.

У пристроях з педальними приводами тип необхідного шківа залежить від того, чи замінює педальний привод двигун (як у випадку пральної машини CCAT з педальними приводами ), чи генерує електроенергію (як у телевізорі CCAT з педальними приводами ). Пристрої, що замінюють двигун, зазвичай використовують приводний шків, встановлений на валу. Рекомендований діаметр шківа генератора становить 3-4 дюйми. Діаметр шківа можна змінити, щоб полегшити зусилля, необхідне для обертання шківа, шляхом встановлення шківа більшого діаметра. Однак шків для пристроїв, що генерують електроенергію, використовує ремінь вентилятора.

ременя вентилятора

Ремінь вентилятора, як і той, що використовується в педалях CCAT, телевізорі та відеомагнітофоні , повинен бути достатньо великим, щоб покрити окружність маховика, колеса генератора та відстань між кожним колесом. Клинові ремені витрачають ~20% зусиль педалювання на тертя. Зубчасті ремені мають ефективність ~95%.

Важелі та еліптичні зірочки

Важелі на шатунах, як-от той, що використовується на генераторі Flock House Handcar , можуть збільшити вихідну потужність (значно) на понад 50%. Одну з таких систем розробив Моріс Убракен .

Подібної мети можна досягти, використовуючи зірочки на ланцюгових приводах еліптичної, а не круглої форми. Наприклад, якщо зірочка, прикріплена до педалей велосипеда, є еліптичною, її головна вісь перпендикулярна до осі шатунів педалей, а вісь педалей проходить через центр еліпса, то фактично передавальне число приводу змінюється в міру обертання педалей. Коли нога велосипедиста рухається вниз, передавальне число є найвищим, що дозволяє досягти найвищої швидкості. Коли ноги велосипедиста рухаються горизонтально з невеликим зусиллям, передавальне число є найнижчим, що забезпечує найкращу механічну перевагу та дозволяє ногам якомога швидше пройти це вирівнювання.

Крок 3:

Кожна з цих конфігурацій має різний набір конструктивних параметрів, але їхнє призначення ідентичне: забезпечити механічну енергію у вигляді обертового ременя генератору, який потім вироблятиме електричну енергію.

Можна сказати, що саме в генераторі відбувається диво. Генератор використовує обертовий рух (у нашому випадку, створений обертанням педалей велосипеда) для обертання магнітів, створюючи електромагнітний струм. Цей струм можна використовувати по-різному, але його безладне використання, найімовірніше, призведе до несправності або руйнування вашого електричного чи електронного пристрою. Ви можете дізнатися про генератори тут .

У випадку з цим посібником, все, що вас дійсно хвилює, це вибір правильного генератора. Зазвичай найкращим генератором для цієї роботи є двигун постійного струму з постійними магнітами, який виробляє 24 вольти зі швидкістю 600 об/хв (двигун працює як генератор, якщо діод і запобіжник з'єднані послідовно з n-подібним з'єднанням, що в термінології електротехніки означає ряд з n-подібним з'єднанням між генератором і акумулятором).

Також ефективними генераторами постійного струму на 24 вольти є генератори з постійними магнітами, які мають номінальну швидкість 1800 обертів за хвилину (об/хв) та потенціал вихідної потужності 1/3 кінських сил. Вихідна напруга прямо пропорційна швидкості обертання, і ця система здатна обертати генератор зі швидкістю 900 об/хв. Це призведе до вихідної напруги 12 вольт.

Не використовуйте автомобільний генератор змінного струму. Він повинен обертатися занадто швидко (3000-10 000 об/хв) і використовувати 1/3 вашого зусилля на педалювання для живлення електромагніту, замість використання постійних магнітів, які не споживають енергії.

Ви майже на місці! Тепер усі роботи будуть пов'язані з електрикою. Настав час підключити акумулятор до генератора (і зробити кілька проміжних дій).

проводки

Мідний дріт 10-го калібру. Не використовуйте суцільний мідний дріт. Електрика проводиться вздовж поверхні мідного дроту. Чим більша площа поверхні, тим менший опір (втрати енергії через перетворення електрики в тепло). Чим більше мідних жил, тим краще.

діода

Ви коли-небудь проходили лінією, де турнікет використовувався для того, щоб люди рухалися лише в одному напрямку, на станцію метро або до парку розваг? Діод працює по суті так само для струму. Односторонній електричний клапан, розміщений на позитивному або негативному проводі. Повинен бути розрахований на 25 ампер і щонайменше на 35 вольт. Оскільки двигун є двостороннім пристроєм, має бути щось, що запобігає поверненню струму туди, куди він прийшов, змушуючи двигун працювати як двигун, а не як генератор (двигун виконує протилежну роботу генератора, оскільки він приймає струм і перетворює його на механічну енергію).

Ви можете придбати діод у Radioshack приблизно за один долар. Діод встановлюється між генератором та акумулятором, а між ним та акумулятором знаходиться лише запобіжник. Однак діод має як позитивний, так і негативний виводи. Переконайтеся, що ви підключаєте позитивний до позитивного, а негативний до негативного, інакше пристрій не працюватиме. Перегляньте упаковку вашого діода, щоб визначити, який вивід який, а якщо у вас все ще виникають проблеми, зверніться до представника служби підтримки клієнтів у Radioshack або іншому магазині електроніки.

Fuse

Концепція запобіжника загалом добре зрозуміла. Якщо в електричній системі відбувається стрибок напруги, який призводить до проходження через запобіжник занадто великого струму, він вибухає, що створює розрив у колі (відомий як розрив кола). Цей розрив запобігає продовженню руху струму. Так, це запобігає роботі пристрою. Це також запобігає його пошкодженню занадто великим струмом. За ціну запобіжника ваш пристрій може знову працювати!

Запобіжник повинен бути на 25 ампер і підключатися між позитивним виводом акумулятора та позитивним виводом діода.

Приклад велосипедного генератора з використанням запобіжників дивіться на сторінці генератора енергії для велосипедів WaterPod.

регулятор напруги

Регулятор напруги обмежує силу струму, коли акумулятор повністю заряджений, щоб запобігти його пошкодженню.

Вимірювач амперметра, напруги та обертів

Прикріплений до велотренажера.

свинцево-кислотного акумулятора

Акумулятор накопичує енергію, яку ви створюєте, та вивільняє її стабільно, незалежно від напруги та струму, для яких ви його придбали. Це означає, що ви повинні підібрати акумулятор відповідно до потреб вашого пристрою. Ви можете використовувати кілька акумуляторів паралельно (усі вони підключені поруч до одного пристрою, в нашому випадку до генератора), щоб отримати правильне узгодження. Знову ж таки, я рекомендую вам звернутися за порадою до продавця електроніки щодо вашого конкретного налаштування. Після того, як ви визначите параметри вашого акумулятора, все, що вам потрібно зробити, це підключити позитивний вивід генератора-діода-запобіжника до позитивного виводу акумулятора, а негативний вивід – до негативного виводу.

12-вольтовий акумулятор глибокого циклу може отримувати додатковий заряд від педалей, але краще використовувати живлення від педалей, щоб відповідати навантаженню електроприладу, що живиться від акумулятора або через інвертор. Ще краще заряджати менші акумулятори ліхтариків або мобільних телефонів. Найкраще взагалі не використовувати акумулятор, як у вазі електричного блендера з педалями.

Один крок до кінця...

інвертора

Інвертор перетворює ваш постійний струм (той, що виходить з генератора) на змінний струм (це той тип струму, що виходить з вашої розетки). Він перетворює 12 вольт постійного струму на 110 вольт змінного струму. Ваш генератор змінного струму повинен мати 3-контактний штекер для легкого підключення до вашого пристрою. Просто підключіть штекер пристрою до гнізда генератора змінного струму, а проводи генератора до позитивного та негативного полюсів акумулятора. Як завжди, обов'язково підключіть позитивний полюс до позитивного, а негативний до негативного.

Інвертори повинні бути здатними справлятися з потенційними піковими електричними навантаженнями. Щоб визначити навантаження, зверніть увагу на необхідну потужність на задній панелі приладів. Цей розрахунок слід використовувати, щоб переконатися, що інвертор може справлятися з електричними навантаженнями. Більшість інверторів мають різну ефективність під впливом електричних навантажень, що дозволяє перетворювати 60%-90% початкового постійного струму 12 вольт на змінний струм 110 вольт.

Ось і все! Ви готові генерувати електроенергію під час чудового тренування! Для виробництва електроенергії для неелектронних електричних пристроїв, таких як ходові вогні, інвертор не потрібен. Після тривалого та складного процесу нарешті настав час його протестувати.

Крок 8: Просте машинне

Ця частина буде відрізнятися залежно від вашого проекту, але ідея полягає у використанні одного або кількох ременів та шківів для обертання механізму, який в іншому випадку обертався б за допомогою електричної енергії. На схемі Метью Роудса ремінь підключений безпосередньо до двигуна, який обертає пральну машину. Це найпростіша конфігурація. Щоб дізнатися про прості машини, натисніть тут .

приклади

Велосипед Barts CCAT

Велосипедний генератор CCAT

CCAT Браян Вілсон

Перетворювач людської енергії CCAT

Потужність дитячого велосипеда CCAT

Зарядний пристрій для педалей CCAT

CCAT педальний концертний генератор

Педаль CCAT Девіда Брауера

Електричний блендер CCAT з педаллю

педальний фрісбі CCAT

Педальний домкрат CCAT

Ноутбук з педалями CCAT

Телевізор із педаллю CCAT

Педальна швейна машина CCAT

Педальний телевізор та відеомагнітофон CCAT

Пральна машина CCAT з педаллю

Генератор педалей реальних товарів CCAT

Флок Хаус готовий з самого початку

Генератор дрезини Flock House

Потужність педалей MEOW

деталей

• Ресурси для велосипедів:
  • У Велобібліотеці в Аркаті, Каліфорнія, ви можете орендувати велосипед на 6 місяців за 20 доларів. І ви отримаєте свої гроші назад, якщо повернете свій велосипед протягом 6 місяців!
  • У ScienceShareware є приклад постійної напруги, створеної за допомогою велотренажера.
• Велопідйомники / тренажери:
  • Convergence Tech виготовляє чудові підставки спеціально для генерації струму для педалей. Компанія продає інструкції та надає списки деталей для зручності придбання. Більшість важкої роботи виконується за вас!
• Генератори:
  • Перегляньте цей аплет Java, який показує, як працюють електричні генератори. Чудово!
  • У довіднику Thomas Register є список постачальників генераторів.
• Діоди:
  • Дізнайтеся більше про те, що робить діод, тут
• Акумулятори, запобіжники, інвертори, генератори та інше електрообладнання можна придбати у Mouser Electronics .

Інші посилання

• Офіційний сайт CCAT
• Перегляньте поточне дослідження щодо потужності педалей, опубліковане CCAT .
• Дізнайтеся про електричний струм у вашому домі тут.
• Генератор змінного струму може бути корисним у деяких конструкціях Pedal Power. Дізнайтеся про них тут.

Sendog6913 17:30, 2 березня 2008 (PST)Каліфорнійський політехнічний інститут Гумбольдта - CCAT

▼Це проєкт Центру відповідних технологій кампусу Університету штату Гумбольдт . Будь ласка, перегляньте інші проєкти CCAT тут, на Appropedia, або відвідайте домашню сторінку CCAT .