Silnik jako prądnica

[matelekt]

Hej

chciałem stworzyć mały projekt elektrowni wodnej i zasilić 3-4 małe diody LED.

Początkowo chciałem jako prądnicy użyć wentylatora od laptopa ale niestety wydaje mi sie że nie wytworzy on dostatecznego napięcia przy takich obrotach jakie będę w stanie wytworzyć (woda będzie wypływać ze zbiornika ok. 1m nad turbiną przez cienką rurkę).

I tu moje pytanie jakiego silniczka użyć do tego celu? czy zwykły silniczek np. z magnetofonu czy jednak od wentylatora powinien sobie poradzić?

[marek1707]

Zasada jest taka, że im większy silnik tym więcej mocy jest w stanie wytworzyć pracując jako prądnica. Odwracalna jest także i zasada pracy. Jeżeli w wiatraczku komputerowym masz 2-fazowy silnik bezszczotkowy zasilany prądem zmiennym (przełączanym w specjalnym scalaku), to po zakręceniu dostaniesz także 2-fazowy prąd zmienny na dwóch uzwojeniach. To nie nadaje się do napędzania diodek LED, bo one potrzebują prądu stałego. Tak więc jeśli użyjesz najprostszego silnika prądu stałego (komutatorowego z magnesami trwałymi) np. ze starego magnetofonu, to ten będzie OK. Możesz to nawet wypróbować w ręku: podłącz diodkę LED do wyprowadzeń takiego silnika i zakręć ośką - im szybciej tym lepiej. Jeżeli zakręcisz w odpowiednią stronę, diodka powinna się zapalić. Wynika z tego, że będziesz potrzebował wcale niemałych obrotów, zwykłe "koło wodne" raczej nie wystarczy. Będziesz musiał zbudować coś na kształt turbiny w obudowie albo wolne obroty koła podnieść przekładnią. Do tego nada się jakiś silniczek modelarski z wbudowaną przekładnią np. 10:1. Normalnie służą one do obniżania wysokich (i mało użytecznych) obrotów silników DC a tutaj będzie to działało odwrotnie. Jeżeli już kanibalizujesz jakiś magnetofon, to jest tam zwykle przekładnia pasowa z kołem zamachowym - wykorzystaj to.

[matelekt]

Rzeczywiście, ten wentylator nie był do końca przemyślany. Już nieco testowałem zwykłe silniczki no i żeby zasilić jedną diodę trzeba troszkę nim zakręcić.

Ale jako że starych sprzętów mam sporo to będę próbował coś z przekładniami.

Dzięki za odpowiedź.

[qu.i]

matelekt

Wypróbuj dowolny silnik krokowy (np. ze starej drukarki, skanera).

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[Marooned]

Postawiłbym jednak na klasyczny silnik DC, bo krokowy stawia większy opór, a tu woda będzie lecieć przez cienką rurkę i nie obstawiam jakiejś wielkiej siły.

[qu.i]

Marooned

Siłę potrzebną do obrócenia wału silnika możemy regulować w pewnym zakresie średnicą koła łopatkowego, zamocowanego na w/w.

[matelekt]

Co do silnika krokowego to również się zastanawiałem czy nie będzie stawiał zbyt dużego oporu, a jak jest z silnikami i przekładniami tego typu: http://abc-rc.pl/Naped-DC-6V-kolo-65mm#axzz4MjCB8Q6U ? Nie używałem ich nigdy i nie wiem czy przekładnia nie stawia dużego oporu.

[marek1707]

Każda konwersja mocy - czy to mechaniczna czy elektryczna będzie powodowała straty. Akurat przekładnie zębate są pod tym względem dobre, ich sprawności dochodzą do 98% ale jak zwykle diabeł siedzi w szczegółach. Jeżeli masz plastikowe koła zębate (nawet na metalowych osiach) osadzone w plastikowych panewkach spasowanych na chińskie oko to całość rewelacyjna nie będzie. Niestety, ponieważ silnik komutatorowy DC jest wysokoobrotowy tj. lubi pracę przy kilku tysiącach rpm i tam wykazuje największą sprawność, to to samo zajdzie w drugą stronę. Największy stosunek włożonej energii mechanicznej do uzyskanej elektrycznej dostaniesz właśnie przy takich obrotach. Chyba że efekt ma być "jakiś tam", tj. jakaś diodka ma jakoś świecić przy jakimś strumieniu wody.

A przy okazji, jeżeli nie jest to konstrukcja na poziomie zabawki dla przedszkolaków, to czy policzyłeś jaką pracę będzie wykonywała grawitacja przy przepływie danej ilości wody [litry/s] z danej wysokości? To - po uwzględnieniu sprawności przetwarzania na prąd - da jakieś pojęcie ile potencjalnie możesz dostać energii elektrycznej. Czy możesz przedstawić jakieś liczby? To pozwoliłoby zweryfikować przynajmniej podstawowe założenia projektu tej "elektrowni".

BTW: Silnik krokowy daje prąd zmienny w kilku (2 lub 4) przesuniętych fazach.

[qu.i]

matelekt

Niewielki silnik krokowy, od dowolnej uszkodzonej drukarki, wystarczy do zasilenia 3-4 LED-ów, bez dodatkowych elementów elektronicznych. Opory ruchu mogą być mniejsze niż przy układzie - silnik komutatorowy + przekładnia wielostopniowa.

marek1707

Diody podłączone wprost do wyprowadzeń silnika krokowego, będą świecić światłem pulsującym, ale przy częstotliwości kilkunastu Hz, bezwładność ludzkiego oka, sprawi wrażenie świecenia ciągłego.

[matelekt]

Wyliczeń żadnych nie robiłem. Głównym moim celem jest stworzenie oprogramowania do obsługi i monitorowania tej elektrowni. Ale dobrze by było gdyby te kilka diod zasiliła aby mieć co mierzyć. Dlatego szukam w miarę wydajnego urządzenia.

[marek1707]

To może najpierw zacznij od podstaw fizyki. Być może nie będzie czego monitorować... Rozpoczynanie od poszukiwania najlepszej wydajności (sprawności?) to jakby optymalizować jeszcze nienapisany program. Trochę bez sensu.

[matelekt]

W pełni Cie rozumie ale gółem cały projekt będzie raczej prowizoryczny i myślałem pierwsze wybrać najlepszy silnik jako prądnice, do tego dorobić turbinę a następnie do tego dopasować odpowiednią wielkość zbiornika no i odpowiednia wysokość, tak aby uzyskać zadany efekt.

No ale może jednak masz racje i zrobić to w innej kolejności.

[marek1707]

Podczas szacowania projektu związanego z ruchem wody warto - nawet bez wnikania w szczegóły - posłużyć jakimś kalkulatorem przepływów. Np tutaj:

https://www.pipeflowcalculations.net/pressuredrop.xhtml

możesz policzyć ilość wody jaka przepłynie przez rurkę o zadanej średnicy przy danej różnicy ciśnień (poziomów). Mi z pierwszego podejścia wychodzi, że przez średnicę 6mm w miarę gładkiej rurki z tworzywa, przy różnicy wysokości 1m i długości rurki 1.1m będzie płynąć ok. 0.05 litra/s czyli prawie 3l/min. Jeśli dobrze pamiętam to utracona energia potencjalna m*g*h tej wody zamieni się na 0.05*9.81*1=0.5J energii a ponieważ dzieje się to w czasie 1s to masz wprost 0.5W mocy. Biorąc pod uwagę sprawność samej turbinki powiedzmy 0.8, do tego sprawność silnika np. 0.7 to możesz liczyć na jakieś 270mW prądu. To powinno wystarczyć nawet do kilku diodek pod warunkiem, że turbinka będzie zrobiona porządnie a silnik będzie pracował na wysokich obrotach. W każdym razie jest to jakiś punkt startowy do dalszych rozważań.

[Jamik]

Witam.

A mnie zastanawia, czy lepszym rozwiązaniem nie byłoby dynamo rowerowe? W końcu, w odróżnieniu od silnika, jest przeznaczone właśnie do wytwarzania prądu.

Pozdrawiam.

[marek1707]

Ani lepszym ani gorszym, taka sama maszyna elektryczna jak inne. Zawiera obracający się magnes i jedno uzwojenie na stojanie więc daje prąd zmienny. I tak największym wyzwaniem będzie zrobienie dobrej turbiny wodnej i całej instalacji tak, by wyglądało porządnie i nie robiło powodzi w pokoju. A czy podłączysz tam silnik DC czy BLDC, czy krokowy, czy nawet dynamo z roweru to sprawa drugorzędna (i pole do fajnych eksperymentów).