2019 július 24 - szerda

2.4.21.3.1. Zoli NEOGEN Dinamó kísérlete

Zoltán a Neogén dinamó megépítésével kísérletezett. Az eredményeiről olvashatsz a következő sorokban.

Bevezető

A Neogén dinamóban láttam fantáziát. Sajnos, mint oly sokszor, hiányosak az adatok! Mert sok olyan dolog van benne, amire kíváncsi lettem volna, másrészt meg érdekelt, hogy valóban működik-e, hisz gondolati szinten nagyon jól hangzik és reális is!

Számomra nem az volt a cél, hogy egy az egyben reprodukáljam a generátort, hanem hogy olyan kérdésekre kapjak választ, mint mekkora indukciójú a tekercs(ek) illetve mekkora fordulatszámon forog a motor.

Mint a legtöbb amatőr kísérletezőnek igen szűkösek az anyagi erőforrások és kétes a kimenetele így kisseb méretben való építésen gondolkodtam.

Mielőtt bárki is belekezdene ilyen vagy ehhez hasonló szerkezetbe, ajánlom a mechanika és a villamosságtan alapjait sajátítsa el! Ugyanis a motor forog, és ami forog az el is szállhat és ne adja Isten, hogy éppen akkor valaki útban legyen. Ha a forgó részen sérülést, repedést látsz, NE kísérletez tovább vele! Az életed sokkalta drágább!

A kísérletekben tekercset használok/használunk, aminek van egy olyan tulajdonsága, hogy feszültséget indukál/gerjeszt. Ez lehet hasznos és káros is. Nem csak egy-két voltról van szó!

A Neogén dinamónál kétféle gerjesztési tekercs feszültség jön létre. Az egyik (generátor tekercsei melyek a meghajtásban nem vesznek reszt) a mágnesek mozgásából állít elő feszültséget, míg a másik (meghajtó tekercsek) a mágnesek mozgásából ÉS a vezérlésből/meghajtásból. Ez utóbbi nagyságrendekkel nagyobb, mint a meghajtó tápfeszültség. Esetemben, amit mértem, és aminek köszönhetően alkatrészek szálltak el 120-130 V volt, pedig csak 9 V-ról tápláltam a rendszert!

Mindenki megfelelő körültekintéssel járjon el a kísérletezések során! Az életed és testi épséged mindig a legfontosabb!!!! Ezt soha ne feled!!!!

Leírás

Hosszasan gondolkodva és elemezve az eredeti terveket a tárcsa és a mágnesek adták meg a kiindulási pontot.

Igen ám, de sikerül-e beszerezni mágneseket és mekkorák azok, milyen árban vannak.

Legnagyobb meglepetésemre a mágnesek beszerzése volt a legkönnyebb feladat! Bár az eredeti leírásban N45 erősségű (?) mágnes szerepel nekem csak N35-öt sikerült beszerezni. N45 is kapható, de azt külön megrendelésre készítik/hozatják és jóval drágább. Ha jól emlékszek 100 Ft/db alatt volt az ára az N35-nek.

A választásom a 6 mm átmérőjű 2 mm vastagságú N35-ös mágnesre esett. (Megj.: Ha nagyobb méretben építi meg valaki a dolgokat, akkor a mágnes átmérőjének a fele legyen a vastagsága!!!)

Számítás

– Tudjuk, hogy 16db mágnes helyezkedik el a körív mentén, azaz 360° / 16 = 22,5°-onként követik egymást.

– Ugyan akkor meg két mágnes között még egy mágnes hely van.

z1_1 2.4.21.3.1. Zoli NEOGEN Dinamó kísérlete

1. ábra. Tárcsa számítása

Tehát a 22,5° szögön belül a mágnes átmérőjének a fele (Rmágnes = Dmágnes / 2) 4-szer van meg, amihez körérintőt tudunk húzni. Az érintőről tudjuk, hogy egy derékszögű háromszöget ad az érintő pont és a mágnes középpontja felé. Ismerjük a szöget (22,5° / 4 = 5,625° )

Így kiszámítható a mágnesek osztóköre.

Rmágnesosztókör = Rmágnes / SIN 5,625° = ( Dmágnes / 2 ) / SIN 5,625°= 3 / 0,09801714 = 30,6 mm

A tárcsa mérete pedig a mágnesek osztóköre plusz a mágnes átmérője:

Rtárcsa = Rmágnesosztókör + Dmágnes = 30,6 + 6 = 36,6 mm

Tehát a tárcsa átmerője 73,2 mm.

004 2.4.21.3.1. Zoli NEOGEN Dinamó kísérlete

2. ábra. Tárcsa

006 2.4.21.3.1. Zoli NEOGEN Dinamó kísérlete

3. ábra. Optocsatolók a tárcsa mögött

Viszont ilyen átmérőt kicsit nehéz amatőr szinten legyártani esztergapad nélkül Így ezt az adatot inkább minimum értéknek kell lennie, aminél kisseb tárcsa nem használható. (A tárcsa átmérője nem kritikus pontja a működésnek!)

A tartószerkezeten elhelyezkedő tekercsek adatai ismertek, mert a tekercsek osztó köre megegyezik a mágnesek osztókörével.

002 2.4.21.3.1. Zoli NEOGEN Dinamó kísérlete

4. ábra. Tekercs panel

008 2.4.21.3.1. Zoli NEOGEN Dinamó kísérlete

5. ábra. A tekercs panel huzalozása

Itt viszont megállok a mechanikai kialakításban, mert milliónyi variáció van arra, hogy hogyan alakítsuk ki az egész motor szerkezetét. Én bontott hulladék anyagokból dolgoztam, amikről nem igazán tudom, hogy milyen paraméterekkel rendelkeznek. Rajzokat közlöm, de azok végkép csak tájékoztató jellegűek! (Mire valóban beindult a motor, kb. 5-ször építettem át!)

015 2.4.21.3.1. Zoli NEOGEN Dinamó kísérlete

6. ábra. Összeszerelve

Elektronika

A leírásban szereplő kapcsolási rajz teljesen megegyezik az enyémmel, mindössze az alkatrészek típusa változik.

A rendszert 9 V-os működésre terveztem, ami szerintem teljesen megfelel a célnak is, hogy közel azonos tápfeszültséget állítsak elő. (A terhelhetőség (amper) jelenleg sokad rangú dolog volt, hisz senki sem szereti, ha kísérletezés közben elolvad, felrobban, vagy leég a kísérlete!)

Későbbi kísérleteknél még egy plusz alkatrészt is beleépítettem a rendszerbe, de erről majd ott!

Opto kapu: TCSS 1100
FET meghajtó: MC34151
FET: IRF 530

A másfajta alkatrészek miatt tévesen gondolkodtam. Így a kereskedelemben beszerezhető alkatrészeknél felépített logikai vezérlésbe hiba csúszott.

z2_1 2.4.21.3.1. Zoli NEOGEN Dinamó kísérlete

7. ábra. A vezérlő áramkör

Az első áramkörben az opto kapuk és a FET meghajtok közé még egy invertert is raktam mint logikai fordítót. Később ennek az aprócska tévedésnek köszönhetően folytattam tovább a kísérletezéseket!

019 2.4.21.3.1. Zoli NEOGEN Dinamó kísérlete

8. ábra. A vezérlő elektronikával való összeszerelés

Az első bekapcsoláskor még nem igazán értem el azt a fordulatszámot, amire azt tudtam volna mondani, hogy na igen ez az! Kézzel való forgatásnál már sejtettem, hogy kb. 5000-es fordulatszám az, ami jó volna.

Próbálgatás során külső szabályozható tápról járattam, amin van áramkorlát is. Így próbáltam biztosítani, hogyha netán valamit elkötöttem ne égjen le minden. Eleinte ezt 0,5A-re állítottam és nagyon nem akarózott gyorsabban forogni. Sokadik ellenőrzés után kollégáim segítettek illetve javasoltak, hogy az áramkorlátot emeljem fel teljesen. (2,5 A-t bír a táp).

Ekkor jött a kellemes meglepetés és döbbenet. A motor felpörgött! Forgási sebesség pillanatok alatt sokszorosa lett.

Az első felpörgést a gyors kikapcsolással díjaztam magamnak! Ekkor tudtam, hogy sikerült! Megvan a motor! A meghajtás már működik csak finomítani kell!

ITT jegyzem meg, hogy aki építésre adja a fejét nagyon nagy óvatossággal járjon el a tárcsa megépítésénél, mert semmilyen sérülés NEM lehet a tárcsán (repedés, törés)!

A méréseknél tudtam meg, hogy a fordulatszám eléri, illetve meg is haladhatja 10 000 rpm -et! Látványilag és hangtanilag sem semmi a motor, de mindenek előtt fő a biztonság! Ha sérült a tárcsa a fordulatszám miatt szétrobbanhat, ami nagyon baleset veszélyes!

(SEMMILYEN felelőséget nem vállalok és az oldal üzemeltetője sem a keletkezet károkért és balesetekért!)

023 2.4.21.3.1. Zoli NEOGEN Dinamó kísérlete

9. ábra. Az opto kapu jel kimenete

027 2.4.21.3.1. Zoli NEOGEN Dinamó kísérlete

10. ábra. A tápegység

Kísérletek

Előzmények

A tekercsekről nagyon kevés információt tudtam meg a leírásból összeszedni. Leírta ugyan, hogy mit hogyan kell csinálni, de részben lustaság, részben, hogy még soha nem csináltam ilyet, illetve nem tudom, hogy hol merre tudom beszerezni a dolgokat így inkább a kényelmesebb megoldást választottam, ami megbonyolított mindent!

Tekercs induktivitása nem ismeretes! Egy módon lehetne meghatározni, ha a leírt módon létrehozom. (Félek, hogy más fontos információ is hiányzik/hiányozhat a leírásból, ami biztos kudarc lenne!) Így maradt az, hogy vasmagot veszek és tekercseltetek! Szép gondolat!

Régen még bőven lehetett kapni vasmagot mindenféle méret és Al értékekkel. Nekem nem sikerült. Vác -on találtam cégeket, akik foglalkoznak ilyesmivel.

Amint megvolt a tekercsek irány a próba. Ekkor még elektronika NÉLKÜL!
Első lépésem, hogy kézzel való forgatással állítsak elő mérhető feszültséget. Eleinte nem tudtam, hogy mekkora értéket fogok mérni.

Kézzel való forgatásnál, ami később lemértem kb. 5000-es fordulatszámot tudtam elérni. Rövid ideig sikerült tartani, hogy mérni lehessen. (Normál villany fúrógéppel 2500)

– Első mérési értek 1 mV kb. 5000-es fordulatszámon. Eredmény: siralmas!

– Második tekercselést követően újabb mérés. 5 mV! Haladás, de siralmas.

Tekercselés anyagi vonzata visszavetette a kísérletezést! Kézzel próbáltam tekercselni legalább egy tekercset, de nem sok eredménnyel. Ez kb. 10-15 mV volt!

A kísérletek akkor folytatódtak mikor egy készülék bontásakor kibontott tekercs felcsillantotta a reményt. Sejtettem, hogy az, amit kibontottam, nem lesz jó! (Nem próbáltam!) Az elektronikai boltban megmutatva kértem a legnagyobb indukciójút. Megkaptam és legnagyobb meglepetésemre átmérőben is tökéletes volt!

Kézi forgatásos kísérletek: 10 V! SIKER!

Végre megvan a hiányzó adat, és már van támpont, hogy mekkora értékűnek is kell lennie!

Következő lépés az elektronika megépítése volt. Úgy kellet megépítenem, hogy bármikor tudjam könnyedén változtatni és a csatlakozások bármikor bonthatóak legyenek. A bonthatóságért cserébe a méretek sokkalta nagyobbak!

Amint megvolt jött a következő! Csak akkor működik a rendszer, ha a motor működik, ami a forgást létre hozza!

Ekkor kettéválasztottam a dolgokat. A generátor tekercsei melyek nem tartalmaznak meghajtó FET-eket elhagyhatóak, mert a motor részben nem szól bele. (később terhelésnél már igen!) Így maradt csak a meghajtó tekercsek.

Én a kísérletezések során rájöttem, hogy nem feltétel kiépíteni mind a kétoldali tekercssort!
És ekkor jöttem rá, hogy kétfajta indukció keletkezik. Az egyik a meghajtó fokozatnál fog jelentkezni mikor a FET-ek lezárnak. Ugyanis ilyenkor az önindukció törvénye lép életbe, mely következtében a rákapcsolt feszültség többszöröse keletkezik kikapcsolásakor.

A másik indukció a mágnesek elmozdulásakor jön létre a mágneses tér változásának következtében.

Ha valaki megfigyeli, akkor észreveheti a mágneses tér változásai nagyon hasonlít egy bizonyos jelenségre. A körmozgás ábrázolása koordináta rendszerben. És íme a szinusz hullám!

028 2.4.21.3.1. Zoli NEOGEN Dinamó kísérlete

11. ábra. A szinusz hullám

029 2.4.21.3.1. Zoli NEOGEN Dinamó kísérlete

12. ábra. A szinusz hullám

Tovább gondolva a felismerést, egy tekercs esetén minden mágnes pár egy teljes szinusz hullámot eredményez. De nekünk 16 db mágnesünk van, ami 8 pár. Így míg a tárcsa egyszer körbe fordul addig 8 ciklus játszódik le a tekercsen. Azaz egy tekercsen lévő frekvencia nyolcada a tárcsa másodpercenkénti fordulatszámának! (A fordulatszám egy perc alatt megtett fordulatot adja meg (Rotate Per Minute)! Átszámítás egyszerű! Fordulatszám osztva 60-al és már meg is van a frekvencia [1/s] !

Megint tovább folytatva a gondolatot, ha nekünk 15 tekercsünk van, ami egy körív mentén helyezkedik el. Ismerős?! Háromfázisú generátor? … Nagyon hasonlít a mi motorunk a háromfázisú generátor tekercs elhelyezkedésre, csak nekünk 15 db tekercsünk van míg ott csak 3!

Míg a háromfázisú generátornál 3 különböző fázisú felszültség jön létre addig nekünk ez 15 különböző fázist eredményez!

Ha ezeket összesítjük a greatz hidak segítségével, akkor minimális szűrést kell alkalmaznunk a brumm feszültség megszüntetésére, mint az egyfázisú esetekben. (Lásd egyszerű tápegységek!)

A leírásban a gyors diódákból felépített greatz hidakat szerepelnek. Utána járva, hogy mégis mennyibe kerül bizony nem két filléres dolgok! A gyorsdiódák több 10-100 kHz vagy MHz-es tartományokra van kitalálva, de itt NINCS ekkora frekvencia!

Ha 10 000-es fordulatszámot feltételezek akkor az átváltva az 166,66 Hz (1/s). Tudjuk, hogy a tárcsán 16 mágnes van ami 8 pár. Így 166,66Hz-et szorozzunk 8-al, azaz 1333,33 Hz!

Ez még mindig jóval kisebb mint 10-100 kHz-es tartomány a gyors diódáknál. A normál egyszerű diódák és greatz hidak megfelelnek az egyenirányítási célokra! Gyors diódát a FET-ek védelméhez használok, ami a leírásban is szerepel.

A FET-ek tartalmazzák az ellentétes polaritású feszültségek kivédésére alkalmas diódákat, így azokkal nem kell foglalkozni.

Működő próbák

Összeépítve az alkatrészeket jött az első mérés. Sajnos sok mérési hibát sikerült elkövetnem. Csábító volt a mért értékek, de a kisördög belém bújt és nem hagyott nyugodni. Joggal.

Ekkor fedeztem fel a tervezési hibámat. Az inverternek köszönhetően a vezérlés fordítottan működött. Azaz míg az opto kapu jelet adott addig volt kikapcsolt állapotban a FET pár. Illetve ekkor jött elő még az is, hogy az opto kapuk pozíciója hibás, azaz egymásba nyitnak és két vezérlő jel között nem minden esetben volt szünet.

Volt még egy apróság, hogy nem mindenfajta vezérlési módban működött a motor (9, 18, 27, 36, 45).

De hogy nagyon boldog legyek az eseményektől az egyik kísérletezéskor elfelejtettem a meghajtó fokozatnál a terhelő ellenállást vissza rakni. Figyeltem, hogy milyen jól forog 10 000 -es fordulatszámon és a feszültség milyen jól növekszik!
10 V … 30 V … 50 V …80 V … 100 V! … 120 V! és ekkor hallható volt a jellegzetes átütési feszültség hang! A motor lassul. Hallani, hogy valami nem stimmel és valami nagyon bűzlik. Az áramfelvétel 2,5 A!

Eredményként 1db FET meghajtót sikerült kilőnöm! Ekkor építettem meg egy egyszerű ellenőrző eszközt, amivel le tudtam ellenőrizni az alkatrészeket. Így derült ki, hogy még 2 db FET meghajtó és 2 db FET-et sikerült tönkre tennem.

Ekkor építettem újra az áramkört és vigyáztam az esetlegesen megjelenő nagyfeszekre!

Az opto kapuknál a pozíciók beállítása egyből megoldotta a szünetek kérdését is!

Az invertereket kivéve kezdet alakulni a dolog, de nem volt teljesen jó. Az áramfelvétel lecsökkent 0,2-0,3 A-re, de a fordulatszámom is csökkent. 500-1000 közé esett a vezérléstől függően. A termelt feszültség 5 V alatt volt (Terhelés: 200 ohm / 2 W).

A vezérlésen gondolkodva és az eddigi tapasztalatokat össze vetve gondoltam ki egy alábbi áramkört, amit az opto kapuk és FET meghajtok közé építve elvileg sikerül a fordulatszámot növelni.

z2_3 2.4.21.3.1. Zoli NEOGEN Dinamó kísérlete

13. ábra. A FET vezérlése

Megépítve üzembe helyeztem. Az elkötések megint sikeresek voltak, de hamar felfedeztem s korrigáltam. Most semmi sem sérült meg csak a néhány hajszállal lett kevesebbem! Javítottam és mértem.

030 2.4.21.3.1. Zoli NEOGEN Dinamó kísérlete

14. ábra. Az új elektronika

Fordulatszám már elérte 2500-at ami az elektronika nélkül csak 500 volt. Az áramfelvétel sem nőt meg jelentősen, de még mindig kevés volt, de nem mindegyik vezérlési mód működött.

Ekkor véletlenül fordított irányban indult el a motor. (Sajnos a motor jelenlegi hibája, hogy nagyon ritkán indul el önmagától!) Egy olyan vezérlési módban, melyben előzőleg nem akart beindulni. Később kipróbáltam a többi vezérlésnél is működtek, de 1000-1200-nal nagyobb fordulatot nem tudtam kihozni.

Az eredmények hasonlóak voltak, mint amiket előzőleg mértem, de egyik sem lepte át 2500-as fordulatszámot. Ekkor egy örült ötlettől vezérelve, amit már a kezdetek óta terveztem, hogy megfordítom a tekercsek vezetékét megcsináltam.

Újból végig méregetve a dolgokat a különböző vezérlési és forgás irányokkal végül egyetlen egy vezérlési mód maradt, amiben 4400-as fordulatszámot sikerült elérnem!

Örültem is neki meg nem is! Hisz 5000-re terveztem, hogy annál sikerül elérnem a generátor oldalon a 10 V körüli feszültséget. Kevesebb volt és nem volt ötletem hogyan tovább. Próbáltam a vezérlések között gondolkodni, hátha meglátok valamit, és akkor sikerülne tovább lépnem, de semmi.

Végül is örült ötlettől vezérelve tudván, hogy a FET maximális gate feszültsége 20 V, a FET meghajtóké úgyszintén, a stabtoknak max 36 V, de a CMos IC-k csak 15 V-ig bírják a tápfeszt ami eddig 9 V volt lépcsőzetesen emelve voltonként mérem az értékeket egészen 15 V-ig.

Kockáztattam tudván, hogy a cmos IC-k elszállhatnak, de kísérlet során már nem mértem meg a 15 V-nál a dolgokat, mert 14 V-nál átléptem a 10 000-es fordulatszámot.

035 2.4.21.3.1. Zoli NEOGEN Dinamó kísérlete

15. ábra. Teljesen összeszerelve

A mérési eredméyeket itt találod.

A 10 000-es fordulatszámnál már tartottam a kísérleti példányom károsodásától! Ugyanis semmi információm nem volt a csapágyakról, amiket használtam. (a kezdetek kezdetén még emlékeztem rá, miből vettem ki, de most már nem. Talán Floopy meghajtó vagy egy Winchester lehetett. Max. 5 400-as fordulatszámon dolgozhattak. A 10 000 igencsak távol esik a működési tartományuktól.

Tárcsa csak éppen, hogy sikerült körszimmetrikusra, de még így is összeszerelve excentrikus lett. Emiatt igencsak szeretett a kísérletezések során táncolni az asztalomon.

1. videó. Az első működő kísérlet

A következő példány már készülődik, de az előző mért értékeket felhasználva terveztem újra.

Folyt. köv.

Hozzászólok!

A weblap további használatával Ön beleegyezik a sütik használatába. További információ

A süti beállítások ennél a honlapnál engedélyezett a legjobb felhasználói élmény érdekében. Amennyiben a beállítás változtatása nélkül kerül sor a honlap használatára, vagy az "Elfogadás" gombra történik kattintás, azzal a felhasználó elfogadja a sütik használatát.

Bezárás