Mio-tech-service.ru

Автомобильный журнал
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электростатические двигатели своими руками

Электрофорная машина — электростатический генератор для экспериментов и классов физики PEG-20

Электрофорная машина
Электрофо́рная маши́на

(генератор Уимсхёрста (неправильно: Вимшурста) (англ. Wimshurst)) — электростатический генератор, электрическая машина для генерирования высокого напряжения, разработана между 1880 и 1883 британским изобретателем Джеймсом Уимсхёрстом (англ.) (1832–1903). Использует явление электростатической индукции, при этом на полюсах машины (лейденских банках) накапливаются электрические заряды, разность потенциалов на разрядниках достигает нескольких сотен тысяч вольт. Работает с помощью механической энергии.

Электростатические двигатели своими руками

В данной статье изложены перспективы использования статического электричества напрямую, без попыток преобразования его в «горячее электричество». Мы считаем данное направление весьма перспективным направлением альтернативной энергетики. Начнем с небольшого и обзора и быстро перейдем к сути.

Природа Электричества

На протяжение долгого времени человеку была известна только одна сила, способствующая притяжению предметов и действительно, с этой силой мог познакомится каждый, достаточно поднять предмет, а затем отпустить и предмет неминуемо упадёт на землю. Эта сила получила название гравитация. Далее выяснили, что сила, с которой тела притягиваются зависит от массы взаимодействующих тел. Именно от массы, а не от веса тела или от его размеров, два одинаковых по размеру предмета могут иметь разную массу — например, деревянный и стальной шары, имеют одинаковый геометрический размер, но их вес будет разным. Вес – следствие взаимодействия массы Земли и массы шара. Масса – это количество вещества в объёме. Но вот около двух с половиной тысяч лет назад (по данным официальной истории), греческий философ и исследователь природы Фалес Милетский заметил, что появилась новая сила, способная действовать противоположно силе гравитации, и даже преодолевать её.
Было обнаружено, что сухой янтарь, завёрнутый в шерстяную ткань приобретал свойства притягивать лёгкие предметы, мелкие кусочки ткани или ворс. Далее выяснилось, что янтарь не только должен быть завёрнут в шерсть, но и некоторое время перемещаться по её поверхности, например, в кармане шерстяной одежды при ходьбе, но ещё лучшим был результат, когда янтарь специально тёрли о шерсть. На вопрос о том, почему такое происходит только с янтарём и шерстью, а с другими предметами нет, первые исследователи не могли дать ответ, но дали “имя” этому явлению. Греческое слово “электрон”, означало “янтарь”, поэтому и эту новую силу назвали “ЭЛЕКТРИЧЕСТВО”.
С появлением новых видов материалов электрические свойства стали проявляться и у них, например, многие виды пластиков и пластмасс подобно янтарю притягивают лёгкие предметы, но обязательным условием для проявления этих эффектов осталось трения материала о ткань или другую материю. Многие знакомы с эффектом притягивания пластмассовой расчёской клочков бумаги, пыли или мелких предметов, после того, как провести такой расчёской по сухому волосу. Так же эффектом притяжения предметов обладает и стекло после натирания его поверхности шёлковой тканью.

В ходе последующих опытов выяснилось, что хоть разные материалы притягивают мелкие предметы, но при этом действуют на разном принципе, а именно проявляют свойства избытка или недостатка электрического заряда на своей поверхности. И тут следует пояснить что такое этот самый “заряд”.

«Заряд»

Введение понятия “электрический заряд” потребовалось в связи с тем, что в ходе экспериментов были выявлены отличия в электрических свойствах у разных материалов. Разберём школьный опыт, в котором участвуют два разных материала – пластмассовая (эбонит) и стеклянная палочки, при этом пластмассовую палочку будем натирать с помощью шерсти (аналог янтаря), а стеклянную шёлком.

Произведём трение материалов о соответствующие ткани как показано на рисунке.
Далее для проведения опыта понадобятся два штатива с подвешенными на них лёгкими цилиндрами (рисунок 6)

И так, разберём два принципиально разных случая на рисунке шесть, в ходе проведения опыта будем касаться наэлектризованными палочками цилиндры на подвесах. До проведения опыта в нормальных условиях цилиндры висят перпендикулярно к поверхности Земли и нити параллельны друг другу.
Случай “а” (наэлектризованные цилиндры отталкиваются), будет тогда, когда цилиндры заряжаются от одинакового материала т.е. либо оба цилиндра от стеклянной палочки, либо оба цилиндра от эбонитовой палочки.
А вот в случае “б”, один из цилиндров заряжен от стеклянной палочки, а другой от эбонитовой (цилиндры или палочки в ходе опытов можно менять местами).
Из данного не сложного опыта можно сделать очень важный выводы:
1) случай “а” – заряд предметов от одного материала приводит к отталкиванию и это явление получило название — “одноимённый заряд”.
2) случай “б” – заряд предметов от разных материалов приводит к их притяжению и это явление получило название — ”разноимённый заряд”. (тут следует сразу оговорить случай, когда разные материалы могут проявлять одинаковые электрические свойства, тогда наэлектризованный цилиндры будут также отталкиваться).
3) если бы электричество было только одного сорта, то взаимодействие зарядов всегда было бы одинаково: наэлектризованные предметы либо только притягивались друг к другу, либо только отталкивались.

Итак, есть два одинаково проявляющих себя явления (притягивают лёгкие предметы), но по-разному взаимодействующих друг с другом, из этого следует наличие двух различных способов электризации, которые условно разделили на два “сорта” – положительное и отрицательное. При этом условились, что стеклянная палочка проявляет свойство положительного заряда (стали обозначать знаком “+”), а эбонитовая палочка проявляет свойство отрицательного заряда (стали обозначать знаком “-”).
Далее с появлением новых инструментов, человек выяснил наличие у веществ окружающего его мира, мельчайших компонентов — “кирпичиков” из которых они собраны, сначала молекул, а затем и атомов веществ. Сложилось научное понимание о строение атома и в ходе его разрушения были обнаружены частицы материи, которые и были ответственны за электрический заряд, они получили имя – “электрон”.
Электроны – это частицы с отрицательным зарядом, которые согласно планетарной модели атома располагаются вокруг ядра атома. Ядро атома в свою очередь состоит из протонов и нейтронов. Протон же имеет положительный заряд, и он почти в две тысячи раз тяжелее электрона по массе, но не смотря на разность масс, электрический заряд протона равен по силе электрическому заряду электрона. Нейтрон же по современным представлениям физиков электрическим зарядом не обладает. Можно весьма условно, для облегчения понимания процесса, представить атом в виде солнечной системы, где солнце – ядро атома, а планеты на орбитах – это электроны, вращающиеся вокруг ядра. На самом деле это сложные структуры, сформированные из полей, не имеющие чётких границ.

Читать еще:  C200 cgi что за двигатель

Положительный и отрицательный заряды

Итак, условно выделяем две интересующие нас частицы ответственный за электрический заряд – протон и электрон. Так вот, если в ходе каких-либо физических процессов (в нашем опыте натирание палочек о поверхности тканей), некоторые атомы с поверхности материала потеряли электроны, то в целом у них начинает преобладать электрический заряд их протонов, он положителен, то и такой материал приобретает положительный заряд (стеклянная палочка). В противоположном случае, если атом приобрёл дополнительный электрон, то у него проявляется заряд электрона и материал в целом приобретает отрицательный заряд (эбонитовая палочка). Притяжение же предметов, связанно с фундаментальным законом природы – равновесием, поэтому притягивая предметы, наэлектризованный материал стремится либо отдать лишний электрон, либо наоборот его притянуть. В любом из этих случаев, обмен электронами можно осуществить при наименьшем расстоянии, поэтому предметы и притягиваются к наэлектризованным материалам.
И тут следует сделать один важный акцент на то, что основным движущимся носителем заряда является электрон. Именно ДВИЖУЩИМСЯ. Протон же не может двигаться, так как находится в составе атома, который “вплетён” в состав молекулы твёрдого вещества, и сдвинуть его возможно только нарушив целостность материала. В жидкостях и газах протоны могут иметь некоторую подвижность, но тоже ограниченную скоростью перемещения молекул этих веществ, а значит на базе протонов в твёрдых средах не очень удобно организовывать последовательную цепь из зарядов для передачи энергии, а следовательно и полезной работы в твёрдых составах они не могут совершить, а вот электрон в силу своей подвижности, как раз и подходит нам для совершения работы, к тому же при своём организованном перемещение, электроны способны создавать во внешней среде (внешняя среда полевая структура) завихрение поля, которое мы регистрируем как магнитное поле. И наука сейчас хорошо знакома с таким применением электронов для совершения преобразования электрической энергии в механическую, по средствам взаимодействия притягивающихся либо отталкивающихся магнитных полей. Такие устройства получили название электромагнитные двигатели и широко распространены. Но не следует забывать, что магнитное поле – это следствие перемещения электронов, вторичное проявление электричества, а значит в данных электромеханических машинах используется не сама сила взаимодействия зарядов, а лишь поле, связанное с вынужденным перемещением зарядов по длинному проводнику.

Электростатический двигатель. Перспективы создания.

Данное понимание физических первопричин взаимодействия материи с избытком электронов и материи с недостатком электронов влечёт за собой возможность создания принципиально новых электромеханических устройств, в которых не будет образования замкнутых цепей с гальванической связью, приводящих в современных электромагнитных механизмах к разогреву проводников их соленоидов, а значит будут устранены потери электроэнергии на нагрев, а так же отсутствие упорядоченного движения зарядов приведёт к отсутствию потерь электроэнергии на образование магнитного поля, а значит отсутствия негативных моментов известных из практики эксплуатации современных трансформаторов и электромагнитных двигателей. Значительно уменьшится вес самого механического устройства в виду отсутствия надобности материала для намотки катушки индуктивности и её сердечника. Такое устройство будет использовать электрическое поле зарядов, а сила их взаимодействия будет нарастать с количеством зарядов, вовлечённых в этот процесс, это новая область в электротехнике и материаловедении.


Сейчас мы можем наблюдать как наэлектризованная эбонитовая палочка притягивает клочки бумаги незначительного веса и создаётся обманчивое впечатление, что сила эта мала и не способна сдвинуть с места какие-либо значительные по массе предметы, но не стоит забывать, что трением эбонитовой палочки о шерсть мы нарушили электрический баланс ничтожного числа атомов с поверхности материала.

Между тем физики уже давно посчитали какой силой притяжения будут обладать стеклянная и эбонитовая палочка, приведу цитату из давно уже забытой книги Рудольфа Свореня «Электроника шаг за шагом, 1986г:

Если стеклянную и пластмассовую палочки расположить на расстоянии метра, то под действием гравитационных сил они будут притягиваться одна к другой, как любые две массы. Но сила этого притяжения будет в милллирды миллиардов раз меньше, чем сила самого чахлого комарика.

А вот если наэлектризовать эти палочки-карандаши, уменьшить на один процент число электронов в стекле и увеличить на тот же один процент число электронов в пластмассе — обратите внимание — всего на один процент — то палочки будут притягиваться с такой силой, что смогут сдвинуть железнодорожный состав размером из миллиарда миллиардов гружёных вагонов!

Так же нужно помнить о том, что сам атом обязан своей целостностью именно силам электрического взаимодействия электрона и протона и какая колоссальная энергия получается при разрушении этих связей – атомный взрыв.
В рамках данной статьи мы рассмотрели силу электрического взаимодействия, основанную исключительно на способности материала отдавать либо принимать электроны известную нам из курса классической физики.

Роль позитрона в создании ЭСД

Но окружающий мир гораздо сложнее и интереснее, и зачастую классическая физика забывает о ещё одном законе природы – дуализме. Дуализм проявляется во всём – мужское и женское начало, день – ночь, тепло – холод, свет – тьма и.т.д.. Поэтому в рамках закона дуализма, существует ещё одна подвижная частица, ответственная за электрический заряд. Имя этой частицы “позитрон”. Но не тот позитрон, который классическая наука классифицировала как антиматерию. В природе всё гармонично, и там, где передача энергии не возможна или ведёт к большим потерям по средствам электрона, природа использует позитрон. В силу того, что мы освоили и пользуемся для передачи энергии именно электрон, мы не можем увидеть присутствия позитрона, а он и не обнаруживает себя, так как его участия не требуется. Но стоит нам сделать устройство не по канонам классической электротехники, как тут же на роль передатчика энергии выступает позитрон. Устройство перестаёт нагреваться, наоборот температура его падает в процессе работы ниже температуры окружающей среды, электрический ток начинает обладать новыми свойствами, и уже становится не опасен для человека даже при значительных потенциалах. Такой ток может свободно проходить по оголённым проводам в условиях погружения их в воду, не вызывая замыкания через водную среду. Движения позитронов не вызывает появления магнитного поля вокруг проводника, да и выбирает позитрон для своего движения проводник с бОльшим омическим сопротивлением.
Свободные электрон и позитрон стремятся организовать электрически нейтральный диполь, при этом притяжение их значительно сильнее, чем притяжение между рассмотренными выше в статье атомами материалов с избытком и недостатком электронов. При этом эти электрически нейтральные диполи легко разъединяются обратно на электрон и позитрон с минимальными затратами энергии, ярким примером служит процесс в спиральном волновом резонаторе, который изобрёл Никола Тесла (не путать с LC резонаторами, которые сейчас массово делают тесла строители для получения эффектных разрядов с трансформатора тесла). Введение в конструкцию двигателя, основанного на взаимодействии зарядов второго носителя электрического заряда – позитрона, позволит значительно повысить его мощность.

Читать еще:  402 двигатель стук что это

Автор статьи Сергей STALKER.

Один из вариантов прототипа ЭСД

Каков принцип работы электрофорной машины

Из силы оператора берется энергия для смены знаков. Уже между уравнителями и щетками диски двигаются со взаимным отталкиванием навстречу друг другу. Свою роль играет количество оборотов в минуту. Повышена плотность заряда. Сильнейший заряд противолежащих дисков выталкивает остатки через отрезки медной проволоки. Из этого вытекает энергия, достаточная для смены знака.

За счет повышения показателей поверхностной плотности происходит съем заряда в приборе. В единичной точке делаются энергетические запасы в банке Лейдена, другое место служит для изменения знака. Индукционные нейтрализаторы практически не имеют отличий. Они оба выполняют общую функцию нейтрализации энергии. Общая схема:

  1. Существует 2 типа конденсаторов в конструкции: банки Лейдена, где заряд накапливается, и комбинация сегмента обоих дисков с диэлектриком и алюминиевой обкладкой.
  2. Понижением заряда алюминиевых сегментов занимаются 2 вида нейтрализаторов. Первый используется для смены знака или поляризации, второй для зарядки лейденовской банки.

Вся энергия поступает не от трения алюминия и меди или электризации воздуха. Она создается за счет принудительных наполнений конденсаторов силой кручения диска. Все процессы выполняются благодаря резкому повышению в точках съема поверхностной плотности зарядов.

Генератор статического электричества своими руками


Сборка машины Вимшурста

В этом видео уроке будем собирать электрофорную машину, которая представляет из себя генератор статического электричества. В начале рассматриваются общие вопросы по назначению и конструкции этой машины, потом подробно показаны все шаги по ее изготовлению своими руками.

Посмотрите на выбор ручных генераторов в этом китайском магазине.

Что представляет из себя электрофорная машина?

Устройство состоит из основания, на котором крепятся ее детали. Также в ее состав входят две стойки с осями, на которых крепятся два диска с металлизированным покрытием. Имеются также две лейденские банки, которые являются, по сути, конденсаторами или накопителями заряженных частиц. Разрядники, которые функционируют по мере накопления заряда конденсаторов, съемники заряженных частиц с передней и с задней стороны дисков. Диски приводятся в движение при помощи ременной передачи. Мы крутим ручку и за счет этого происходит вращение дисков.

Первые генераторы статического электричества были одновременно изобретены в Германии в одно и то же время Августом Теплером и, независимо от него, Вильгельмом Гольцем. Принцип работы электрофорной машины. Поскольку диски вращаются относительно друг друга в противоположные стороны, они создают положительные и отрицательные заряды. При вращении дисков по мере накопления зарядов происходит разряд.

Авторы видео решили изготовить данную машину, которую можно повторить своими руками в обычных домашних условиях. На сайтах в интернете есть несколько примеров создания такого генератора, но данная конструкция будет иметь двигатель.

Сначала были сделаны чертежи будущей машины. В первую очередь были рассчитаны параметры диска. После проделанной предварительной работы приступили к созданию устройства.

Основные детали

Машина будет состоять из следующих элементов. Это 2 диска, которые будут вращаться в противоположные стороны, они будут сделаны из CD-дисков. Два двигатель от компьютерного кулера, которые будут приводить их в движение. Диск будет приклеен двухсторонним скотчем на ротор мотора. Сам двигатель крепится к стойке. Стойки будут сделаны из оргстекла. Также будут использованы лейденские банки. Это пустая металлическая емкость, от которой идет один контакт, далее полистироловый диэлектрик и латунный контакт.

Изготовление электрофорной машины

Для начала нужно снять покрытие с диска, чтобы получить прозрачную заготовку. Для этого используем канцелярский нож. Для создания рабочего диска нужны эскизы, они выполнены на компьютере. Шаблон лепестка можно изготовить из подходящего материала, для этого хорошо подойдет банковская карта.

Теперь, используя шаблон, приступаем к разметке на скотче. Прикладываем шаблон и вырезаем все нужные фрагменты. Всего было вырезано 20 лепестков на один диск. Должно получиться 20 секций. Угол между двумя лепестками составляет 18 градусов. Разметка производится при помощи обычного листа в клеточку и транспортира. Теперь накладываем диск точно в середину координат, при помощи ножа или шила делаем насечки по 18 градусов. Наклеиваем лепестки в соответствии с линиями. В точной аналогии с первым диском был сделан второй диск. Он был обработан, чтобы обеспечить зазор.

У мотора удаляем желтый провод. Отсекаем ребра жесткости, чтобы можно было отсоединить двигатель. Некоторое место нужно оставить под монтажные отверстия.

Читать еще:  Двигатель hino j07c характеристики

От теории к практике

Соорудим ветрогенератор из мотора своими руками. Для простого понимания к инструкции прилагаются схемы и видео. Вам понадобятся:

  • Устройство для передачи энергии ветра к ротору;
  • Конденсаторы на каждую обмотку статора.

Сформулировать правило, по которому бы вы могли с первого раза подобрать устройство для улавливания ветра, сложно. Тут нужно руководствоваться тем, что при работе техники в генераторном режиме частота вращения ротора должна быть выше на 10%, чем при работе в качестве двигателя. Учитывать нужно частоту не номинальную, а холостого хода. Пример: номинальная частота 1000 оборотов, а в холостом режиме – 1400. Тогда для выработки тока понадобится частота, равная примерно 1540 оборотам в минуту.

Подбор конденсаторов по емкости производится по формуле:

C – искомая емкость. Q – скорость вращения ротора в оборотах в минуту. П – число «пи», равное 3,14. f – фазовая частота (постоянная величина для России, равная 50 Герцам). U – напряжение в сети (220, если одна фаза, и 380, если три).

Пример расчета: трехфазный ротор вращается со скоростью 2500 оборотов в минуту. Тогда C = 2500/(2*3,14*50*380*380)=56 мкФ.

Внимание! Не подбирайте емкость больше расчетной величины. Иначе будет высоким активное сопротивление, что приведет к перегреву генератора. Это может произойти и тогда, когда устройство будет запускаться без нагрузки. В таком случае будет полезно уменьшить емкость конденсатора. Чтобы это было просто сделать своими руками, ставьте емкость не цельную, а сборную. Например, 60 мкФ можно составить из 6 штук по 10 мкФ, соединенных параллельно друг другу.

Как соединять?

Рассмотрим, как сделать генератор из асинхронного двигателя, на примере трехфазного мотора:

  1. Соедините вал с устройством, приводящим во вращение ротор за счет энергии ветра;
  2. Подключите конденсаторы по схеме треугольник, вершины которого соедините с концами звезды или вершинами треугольника статора (зависит от типа соединения намоток);
  3. Если на выходе требуется напряжение 220 Вольт, соедините статорные намотки в треугольник (конец первой обмотки – с началом второй, конец второй – с началом третьей, конец третьей – с началом первой);
  4. Если вам нужно запитать приборы от 380 Вольт, то для соединения статорных обмоток подойдет схема «звезда». Для этого соедините начало всех намоток вместе, а концы подключите к соответствующим емкостям.

Пошаговая инструкция о том, как сделать своими руками однофазный ветрогенератор малой мощности:

  1. Вытащите из старой стиральной машины электродвигатель;
  2. Определите рабочую намотку и подключите параллельно ей конденсатор;
  3. Обеспечьте вращение ротора за счет энергии ветра.

Получится ветряк, как на видео, и он выдаст 220 Вольт.

Для электроприборов, питающихся от постоянного тока, дополнительно потребуется установка выпрямителя. А если вы заинтересованы в контроле параметров источника питания, установите на выходе амперметр и вольтметр.

Совет! Ветрогенераторы в связи с отсутствием постоянного ветра могут иногда прекращать работу или работать не в полную силу. Поэтому удобно организовать собственную электростанцию. Для этого ветряк подключают во время ветряной погоды к аккумулятору. Накопленную электроэнергию можно будет использовать во время штиля.

Электродвигатель – это устройство, выступающее в качестве преобразователя энергии и работающее в режиме получения механической энергии из электрической. Путем несложных превращений без использования постоянного магнита, но благодаря остаточной намагниченности, мотор начинает работать в качестве источника питания. Это два взаимообратных явления, помогающие вам экономить: не нужно покупать ветрогенератор, если без дела валяется электрический двигатель. Смотрите видео и учитесь.

Способ 2

Самодельный генератор сделать можно и по-другому. Статор имеет хитрую конструкцию (имеет специальное конструкторское решение), имеется возможность регулировки напряжения выхода. Я сделал генератор своими руками такого вида на строительстве. Двигатель брал мощностью 7 кВт на 900 оборотов. Обмотку возбуждения я подключил по схеме треугольника на 220 В. Запустил его на 1600 оборотов, конденсаторы были на 3 на 120 мкФ. Включались они контактором с тремя полюсами. Генератор действовал как выпрямитель с тремя фазами. С этого выпрямителя питалась электрическая дрель с коллектором на 1000 ватт, и пила дисковая на 2200 ватт, 220 В, болгарка 2000 ватт.

Приходилось изготавливать систему мягкого пуска, другой резистор с закороченной фазой через 3 секунды.

Для моторов с коллекторами это неправильно. Если в два раза повысить вращающую частоту, то уменьшится и емкость.

Также повысится и частота. Схема емкостей отключалась в автоматическом режиме, чтобы не использовать тор реактивности, не расходовать горючее.

Во время работы надо нажать на статор контактора. Три фазы разобрал их по ненужности. Причина кроется в высоком зазоре и увеличенном рассеивании поля полюсов.

Специальные механизмы с двойной клеткой для белки и косыми глазами для белки. Все-таки я получил с моторчика стиралки 100 вольт и частоту 30 герц, лампа на 15 ватт не хочет гореть. Очень слабая мощность. Надо мотор брать сильнее, или конденсаторов больше ставить.

Под вагонами используется генератор с ротором короткозамкнутым. Его механизм приходит от редуктора и на ременную передачу. Обороты вращения 300 оборотов. Он находится как дополнительный генератор нагрузки.

Как сделать прозвонку из батарейки?

По сути это самое простое устройство. Для его изготовления потребуется:

  • Лампа.
  • Кнопка.
  • Батарейка крона на 9 вольт.
  • Провода.

С помощью этой прозвонки вы без проблем определите цел ли провод или нет. Желательно отыскать севшую батарейку крону чтобы извлечь из нее контакты. Но если что можно разъем можно приобрести в интернет магазине или радиомагазине в вашем городе.

Теперь собираем простую цепь! К разъему присоединяем нашу лампочку одним концов. Ко второму концу лампочки крепим провод. Дальше с помощью контактов приделываем пробник к батарейке. Все пробник готов!

В принципе его можно изготовить из батарейки от телефона. Более подробнее смотрите видео ниже!

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector