Швидше за все, ви знайомі з педальним приводом принаймні в його найбільш звичайній формі: їзда на велосипеді! У CCAT ідея обертання педалей для створення енергії, яку можна перетворити на роботу, була розширена за межі традиційної форми. Крутячи педалі велосипеда, можна живити телевізор, ноутбук, пральну машину, дриль... варіанти обмежені лише вашою уявою.
Метою цієї сторінки є надати керівництво «як» створити велосипедний генератор . Перші два кроки також будуть корисні для тих, хто бажає побудувати пристрій з механічним приводом від педалі , оскільки компоненти в основному однакові з деякими невеликими відмінностями, які будуть вказуватися в кожному випадку.
Звичайно, не завадить попросити допомоги у постійного експерта з педалей Барта Орландо . Як орієнтир для вашого проекту CCAT зберігає список пристроїв , на яких працювали студенти.
Зміст
компоненти
Ось компоненти, необхідні для виготовлення електричного пристрою з педальним приводом своїми руками:
Крок 1: Велосипед
Велосипед є першим елементом педального силового пристрою. Практично будь-який велосипед можна використовувати, включаючи багатошвидкісний велосипед, гірський велосипед, навіть велотренажер (як той, що використовується в електричному блендері з педалями CCAT )! Очевидними важливими характеристиками тут є те, що руки або ноги людини обертають рукоятку, яка прикріплена до шестерні, змушуючи колесо обертатися.
Стаціонарний
Розробка пристрою з педальним приводом зі стандартним велосипедом, наприклад портативного педального генератора Rowan, має свої переваги. Це також вимагає більше роботи, ніж використання велотренажера, оскільки велотренажер сконструйований для нерухомості. Велосипеди можуть бути дуже дешевими (в Аркаті, штат Каліфорнія, чудовим місцевим ресурсом є The Bike Library , де велосипеди можна взяти напрокат практично за безкоштовні гроші!) Використання велосипеда для живлення пристрою економить ваш рахунок за електроенергію та робить ваш велосипед ще одним призначенням.
Однією з ключових проблем при розробці пристрою з педальним приводом є стійкість велосипеда. Переднє колесо не повинно рухатися. Або зніміть його та стабілізуйте раму, помістивши її між шлакоблоками, або скористайтеся відповідним шинним кріпленням. Задня шина повинна бути піднята, щоб вона вільно оберталася. Здається, найкращим рішенням для цього є підставка для велотренажерів, подібна до тієї, що використовується в WaterPod Tour de Volts . Це не потребуватиме демонтажу шин і жодних постійних модифікацій велосипеда, щоб зберегти велосипед придатним для використання. Ще один більш трудомісткий варіант — використовувати балки 2х4 і фанеру для створення підвищеної платформи для зависання шини. Слідкуйте за тим, щоб велосипед був твердим і стійким.
Коли велосипед правильно налаштований на нерухоме положення, рух педалі необхідно регулювати за допомогою маховика. По суті, маховик - це важкий обертовий диск, який використовується для збереження імпульсу. Маховик протидіє змінам швидкості, що допомагає стабілізувати обертання вала генератора, оскільки нерівномірний крутний момент надходить від велосипеда. Для більш глибокого пояснення маховиків, включаючи характеристики конструкції, натисніть тут . Якщо ви не бажаєте зробити велосипед тимчасово непридатним для використання, ви можете зняти шину та камеру навколо заднього колеса та протягнути ремінь до шківа, прикріпленого до генератора (на типовому 10-швидкісному велосипеді клиновий ремінь розміру B повинен працювати зі шківом 2,5 дюйма).
Вправа
Велотренажер, як той, що використовується в Pedal Power MEOW, є відмінним варіантом. Він розроблений стаціонарним, тому вже повинен бути стійким. Крім того, багато необхідних доповнень до велосипеда не потрібні. У багатьох випадках маховик уже знаходиться навколо обертового колеса велосипеда. Для розміщення ременя вентилятора переважно використовувати маховик із каналом, встановлений спереду. Велосипедна передача, яка виявилася ефективною, полягає в тому, що ланцюгове кільце з 52 зубами на велотренажері з’єднане ланцюгом з маховиком, який має 16 зубців вільного ходу. Діаметр маховика, який довів ефективність, – це суцільний металевий маховик діаметром 15,5 дюйма.
Крок 2: Ремінь і шків
Ремінь потрібен для з'єднання прядки велосипеда (або маховика) з генератором через шків. Залежно від вашої конфігурації може знадобитися певна робота на машині, щоб правильно встановити ремінь. Коли колесо буде готове, просто проведіть ремінь уздовж канавки колеса та підключіть його (не допускаючи провисання ременя) до шківа, прикріпленого до генератора. Приклад використання ременя та шківа можна знайти в Samoa Hostel Pain in the Axle .
Шків працює як колесо на велосипеді. Ремінь кріпить його до генератора. Це дозволяє передавати роботу, виконану на велосипеді, на генератор. Ремінь і шків — це кожен із шести простих механізмів, які зазвичай використовуються для різноманітних механічних проектів.
У пристроях із приводом педалей необхідний тип шківа розподіляється між тим, чи пристрій із приводом педалей замінює двигун (як у випадку пральної машини з педаллю CCAT ), чи пристрій із приводом педалі генерує електроенергію (як у випадку з приводом від педалі CCAT). телевізор ). У пристроях для заміни двигуна зазвичай використовується приводний шків, встановлений на валу. Рекомендується діаметр шківа генератора 3-4 дюйма. Діаметр шківа можна змінити, щоб полегшити обертання шківа, встановивши шків більшого діаметру. Однак шків для пристроїв, що генерують електроенергію, використовує ремінь вентилятора.
Ремінь вентилятора
Ремінь вентилятора, подібно до того, що використовується в педальному телевізорі та відеомагнітофоні CCAT , має бути достатньо великим, щоб покривати окружність маховика, колеса генератора та відстані між кожним колесом. Клинові паси витрачають ~20% ваших зусиль при обертанні педалей на тертя. Зубні ремені мають ~95% ефективності.
Важелі та еліптичні зірочки
Важелі на шатунах, подібні до того, що використовується на генераторі Handcar Flock House , можуть збільшити вихідну потужність (добре) понад 50%. Одну з таких систем розробив Моріс Хубракен .
Подібної мети можна досягти, якщо зірочки на ланцюгових передачах є еліптичними, а не круглими. Наприклад, якщо зірочка, яка прикріплена до педалей велосипеда, є еліптичною, головна вісь якої перпендикулярна осі кривошипів педалей, а вісь педалей проходить через центр еліпса, то фактично передача коефіцієнт приводу змінюється в міру обертання педалей. Коли нога вершника рухається вниз, передавальне число найвище, щоб досягти найвищої швидкості. Коли ноги вершника рухаються горизонтально з невеликою силою, передавальне число є найнижчим, що дає найкращу механічну перевагу, і ноги проходять це вирівнювання якомога швидше.
Крок 3: Генератор
Кожна з цих конфігурацій має різний набір конструктивних параметрів, але їх мета ідентична: забезпечити механічну енергію у формі обертового ременя до генератора, який потім вироблятиме електричну енергію.
Можна сказати, що в генераторі відбувається магія. Генератор використовує обертовий рух (у нашому випадку створений обертанням педалей велосипеда), щоб обертати магніти, створюючи електромагнітний струм. Цей струм можна використовувати багатьма способами, але випадкове використання струму, швидше за все, призведе до виходу з ладу або знищення вашого електричного чи електронного пристрою. Про генератори можна дізнатися тут .
У випадку з цим посібником, все, що ви дійсно дбаєте про те, щоб вибрати правильний генератор. Як правило, найкращим генератором для цієї роботи є двигун постійного струму з постійним магнітом, який виробляє 24 вольта при 600 об/хв (двигун працює як генератор, якщо діод і запобіжник розташовані послідовно n, що означає в рядку з точки зору електротехніки n). між генератором і акумулятором).
Крім того, 24-вольтові генератори постійного струму, які виявилися ефективними, це генератори з постійними магнітами, які розраховані на 1800 обертів на хвилину (об/хв) і потужністю 1/3 кінських сил. Вихідна напруга прямо пропорційна обертам на хвилину, і здатність цієї системи полягає в тому, щоб обертати генератор зі швидкістю 900 обертів на хвилину. Це призведе до вихідної напруги 12 вольт.
Не використовуйте автомобільний генератор. Вони повинні обертатися надто швидко (3000-10 000 обертів на хвилину) і використовувати 1/3 вашого зусилля при обертанні педалей для живлення електромагніту замість використання постійних магнітів, які не споживають електроенергію.
Ви майже готові! Тепер усі роботи будуть електромонтажні. Настав час підключити акумулятор до генератора (з деякими проміжними моментами).
Електропроводка
Мідний багатожильний мідний дріт 10 калібру. Не використовуйте твердий мідний дріт. Електричний струм проходить по поверхні мідного дроту. Чим більше площа поверхні, тим менше опір (втрата енергії внаслідок перетворення електроенергії в тепло). Чим більше мідних ниток, тим краще.
Крок 4: діод
Ви коли-небудь проходили через лінію, де використовувався турнікет, щоб люди рухалися лише в одному напрямку, до станції метро чи парку розваг? Діод працює по суті так само для струму. Односторонній електричний клапан, розміщений на плюсовій або негативній проводці. Має бути розрахований на 25 ампер і не менше 35 вольт. Оскільки двигун є двостороннім пристроєм, щось повинно бути на місці, щоб утримати струм від повернення назад, як він був, змушуючи двигун діяти як двигун, а не як генератор (двигун виконує роботу, протилежну генератору оскільки він приймає струм і перетворює його на механічну енергію).
Ви можете придбати діод у Radioshack приблизно за один долар. Діод підійде між генератором і батареєю, між ним і батареєю буде тільки запобіжник. Однак діод має як позитивну, так і негативну клему. Переконайтеся, що ви з’єднали плюс з плюсом і мінус з мінусом, інакше пристрій не працюватиме. Зверніться до упаковки свого діода, щоб визначити, який термінал є яким, і якщо у вас усе ще виникають проблеми, зверніться до представника служби підтримки клієнтів у вашому доброзичливому Radioshack або іншому магазині електроніки.
Крок 5: Запобіжник
Концепція запобіжника, як правило, добре зрозуміла. Якщо в електричній системі виникає сплеск струму, через який через запобіжник проходить занадто великий струм, він лопає, що створює розрив у ланцюзі (відомий як розрив). Цей розрив не дає струму продовжувати свій шлях. Так, це заважає пристрою працювати. Це також захищає пристрої від руйнування занадто сильним струмом. За ціною запобіжника ваш пристрій може знову жити!
Запобіжник має бути на 25 ампер і підключатися між позитивним полюсом акумулятора та позитивним полюсом діода.
Для прикладу велосипедного генератора з використанням запобіжників відвідайте WaterPod Bicycle Energy Generator
Регулятор напруги
Регулятор напруги обмежує величину потоку струму, коли акумулятор досягає повного заряду, щоб запобігти пошкодженню акумулятора.
Вимірювач ампер, напруги та обертів
Кріпиться на велотренажері.
Крок 6: Свинцево-кислотний акумулятор
Батарея зберігає енергію, яку ви створюєте, і вивільняє її стабільно, незалежно від напруги та струму, які ви придбали. Це означає, що ви повинні адаптувати свій акумулятор до потреб свого пристрою. Ви можете використовувати декілька батарей паралельно (усі вони підключені поруч до одного пристрою, у нашому випадку генератора), щоб отримати правильну відповідність. Знову ж таки, я рекомендую вам звернутися до постачальника електроніки за порадою щодо ваших конкретних налаштувань. Після визначення параметрів батареї все, що вам потрібно зробити, це під’єднати плюсову клему генератора-діода-запобіжника до позитивної клеми батареї, а мінусову клему – до мінусової.
Акумулятор глибокого циклу на 12 вольт може отримати додатковий заряд за допомогою живлення від педалі, але краще використовувати живлення від педалі, щоб відповідати навантаженню електроприладу, що живиться від акумулятора або через інвертор. Все-таки краще заряджати менший спалах або батареї мобільного телефону. Батарею краще взагалі не використовувати, як у вазі електричного блендера з педальним приводом.
Залишився крок...
Крок 7: Інвертор
Інвертор перетворює ваш постійний струм (те, що виходить із генератора) у змінний струм (це тип струму, який виходить із вашої настінної 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 під’єднайте вилку пристрою до роз’єму генератора змінного струму, і генератор під’єднається до позитивного та негативного полюсів акумулятора. Як завжди, обов’язково з’єднайте позитивне з позитивним і негативне з негативним.
Інвертори повинні витримувати потенційні пікові електричні навантаження. Щоб визначити навантаження, подивіться на вимоги до ват на задній панелі приладів. Цей розрахунок слід використовувати, щоб переконатися, що інвертор може витримувати електричні навантаження. Більшість інверторів мають різну ефективність під час електричних навантажень, дозволяючи 60%-90% початкового 12-вольтового постійного струму перетворюватися на 110-вольт змінного струму.
Це воно! Ви готові виробляти електроенергію під час чудового тренування! При виробленні електроенергії для неелектронних електричних пристроїв, таких як ходові ліхтарі, інвертор не потрібен. Після довгого та важкого процесу нарешті настав час його перевірити.
Крок 8: Проста машина
Ця частина буде відрізнятися залежно від вашого проекту, але ідея полягає в тому, щоб використовувати один або кілька ременів і шківів для обертання механізму, який інакше 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
Посилання на частини
- Велосипедні ресурси:
- У Bike Library в Аркаті, Каліфорнія, ви можете орендувати велосипед на 6 місяців за 20 доларів. І ви отримаєте свої гроші назад, коли повернете свій велосипед протягом 6 місяців!
- У ScienceShareware є приклад постійної напруги, створеної з велотренажера.
- Велосипедні стійки/тренажери:
- Convergence Tech є чудовою підставкою спеціально для генерації силового струму педалі. Компанія продає інструкції та надає списки запчастин для зручності покупки. Більшість важкої роботи зроблено за вас!
- Генератори:
- Перегляньте цей Java-аплет, який показує, як працюють електричні генератори.
- Каталог реєстру Thomas містить список постачальників генераторів.
- Діоди:
- Дізнайтеся більше про те, що робить діод, тут
- Батареї, запобіжники, інвертори, генератори та інше електричне обладнання можна придбати в Mouser Electronics .
Інші посилання
- Офіційний сайт CCAT
- Перегляньте поточне дослідження потужності педалей, опубліковане CCAT .
- Дізнайтеся про електричний струм у вашому домі тут.
- Генератор може бути корисним у деяких конструкціях Pedal Power . Дізнайтесь про них тут.
Sendog6913 17:30, 2 березня 2008 (PST)Cal Poly Humboldt - CCAT
