Самодельный генератор на 12 вольт на велосипед. Велосипедный педальный генератор большой мощности для подзарядки аккумуляторов. Взаимосвязь напряжения аккумулятора, напряжения генератора, размеров передней и задней звёздочек

Мотор-генератор расположен слева схемы, выходящее напряжении (+/-12 В) - справа. К выходу можно подсоединить любую нагрузку: лампочки, люминесцентные лампы, светодиодное осветительное оборудование, радио, портативное зарядное устройство для мобильного телефона, телевизор, спутниковый ресивер, инвертор. Все подключаемые устройства должны быть рассчитаны на 12 В.

Разберём схему более детально. Велосипедный генератор производит 3 - фазный переменный ток, который перед использованием необходимо преобразовать в постоянный. Трёхфазный выпрямитель можно сделать из шести диодов или приобрести в готовом виде (используется в ветроэнергетике). Он выглядит как обычный мостовой выпрямитель, только снабжён пятью клеммами вместо четырёх. Выпрямитель должен быть рассчитан не меньше чем на 100 В и 35 А. Каждый из диодов должен выдерживать такое же напряжение, но только половину тока (20 А). Для выпрямителя требуется некоторое охлаждение - поэтому прикрепите его к большой металлической детали.

Выходная мощность выпрямителя не может напрямую подаваться на лампочку или телевизор, так как при педалировании не вырабатывается стабильное напряжение. Оно будет колебаться между нулём и максимумом и может повредить оборудование. Данная проблема решается подсоединением аккумулятора параллельно к выходу выпрямителя, который будет поглощать лишнюю мощность вырабатываемую генератором и заполнять промежутки времени, когда генератор не вырабатывает достаточно мощности или даже останавливается на короткое время. Аккумулятор не обязательно должен быть большим или каким-то особенным — подходит любой свинцово-кислотный аккумулятор. Если он имеет большую ёмкость это тоже неплохо. Можно использовать старый аккумулятор компьютерного ИБП на 12 В 16 А·ч. Для домашнего применения рекомендуются герметичные аккумуляторы, не выделяющие газов.

На схеме есть и другие компоненты. Один из них это плавкий предохранитель, который нужен на случай короткого замыкания. Аккумулятор производит настолько сильный ток, что даже может воспламенится кабель. Рекомендуется кабель 2.5 мм2 и плавкий предохранитель на 30 А. Также на схеме есть два измерительных прибора (нет на фотографии). Один вольтметр (со своим плавким предохранителем) и один амперметр. Несмотря на то что педальный генератор работает и без них, вольтметр крайне рекомендуется ради исправности аккумулятора. Лучше брать цифровой вольтметр. Как только на нём высветится 14 В (для систем на 12 В) нужно прекратить вращать педали. Никогда не превышайте 15 В. Напряжение также не должно падать ниже 10.5 В. Аналоговый амперметр (с нулевой отметкой в середине шкалы) не очень важен, но он показывает идёт ли закачка энергии в аккумулятор (в итоге ведущая к полной зарядке аккумулятора) или потребление (ведущее к разряду аккумулятора). В схеме не может использоваться цифровой амперметр, так как ток меняется слишком часто, что не позволяет стабильно считывать показания. Диапазон амперметра зависит от отводимого нагрузкой тока. Лучше всего купить с диапазоном +/- 20 А.

Многие из нас, наверное, задавались вопросом: вот если бы к велосипеду приделать генератор, то сколько электроэнергии можно выработать? А учёные уже давно подсчитали — велосипедист в зависимости от уровня подготовки может выработать от 0,15 до 0,25 КВт/ч.

Хотя есть и рекорды. В ходе одного из испытаний удалось выработать 12 КВт/ч за 24 часа. Но это не предел, компания Siemens заявила, что создала установку при помощи которой человек за час смог получить 4,2 КВт/ч. А вот 62-летний изобретатель Manoj Bhargava собрал уникальный велотренажёр. Занимаясь на нём всего один час можно обеспечить электроэнергией небольшой дом на целые сутки. Учёный надеется, что Free Electric (так он назвал своё изобретение) поможет решить проблемы с электроснабжением в странах третьего мира. Посмотрим видео о нём:

Теперь посмотрите на фото ниже. Как думаете, чем занимаются эти люди?

Это заключённые, нарушители порядка колонии, в одной из бразильских тюрем вместо карцера вырабатывают электричество. Они заряжают аккумуляторы, которые ночью используются для питания осветительных фонарей города Santa Rita. А идея взята начальником этого заведения в женской тюрьме Феникса (штат Аризона, США). Там осуждённые крутят педали по 16 часов в сутки и это им засчитывается за сутки отсидки. Таким образом они сокращают себе срок.

Применение электрогенератора

А где можно применить велосипедный электрогенератор в нашей обычной жизни?
Можно, например, заряжать телефон занимаясь спортом по утрам. Ну и правда, почему бы не тренироваться и экономить электроэнергию в то же время? Замерьте, сколько времени потребуется, чтобы зарядить свой сотовый. Попробуйте запомнить время и пытаться побить его в будущем.
Можно совместить, так сказать приятное с полезным — посмотрите, сможете ли вы генерировать столько энергии, сколько потребляет блендер. Тогда вы сможете приготовить себе спортивный коктейль.

Если у вас есть технически смелый ребёнок, то почему бы ему не заняться воплощением этой идеи в жизнь просто ради опыта.
Включите свою фантазию и может вам придут в голову ещё какие-то забавные идеи.

Не исключено, что вы захотите воплотить свои задумки в жизнь. Что для этого понадобиться?

• Велосипед. Для этих целей отлично подойдёт старый, давно не используемый или валяющийся без дела.
• Двигатель на 12V постоянного тока.
• Клиновой ремень, для соединения заднего колеса с двигателем.
• Брус для подставки 100*50 мм.
• Диод.
• Аккумулятор 12V.
• Инвертор, преобразующий постоянный ток 12V в переменный 220V.

Если вы не планируете подключать к этому устройству ничего, кроме лампочки постоянного тока, то без последних трёх пунктов можно обойтись.
А для подключения других электроприборов они понадобятся. Причиной этого является неравномерное напряжение, которое будет поступать из генератора (электродвигателя).

Как сделать электрогенератор

Приступаем. Выкладываю две схемы для сравнения. На первой педальный генератор может питать только лампочки постоянного тока, а на второй может полноценно работать с приборами, рассчитанными на 220V переменного тока. Выбираем схему.

Я совсем недавно купил велосипед для езды на работу, да и вообще, чтобы кататься и получать удовольствие от велосипедных прогулок. Для безопасности я включаю передние и задние фонари, чтобы участники дорожного движения меня лучше замечали. Мои светодиодные фонари работаю от двух пальчиковых батареек «АА». И заряда хватает всего на 4 часа езды. Собственно, это и натолкнуло меня задуматься о приобретении велосипедного генератора, который смог бы питать все фонари.
Я ничего не нашел в магазинах. Все фонари предлагают с питание от батареек. Тогда я решил сделать генератор для велосипеда сам, из того что под руку попадётся так сказать...

И тут я вспомнил, что как-то делал генератор из шагового двигателя. Решил повторить задумку. Но где взять шаговый двигатель? Они есть почти что во всей оргтехнике. Я полез в кладовку и нашел там старый принтер. Естественно в нем стояла пара шаговых двигателе. Я взял одни, больше мне не надо.

Что понадобиться ещё для генератора?

Вам понадобится несколько вещей, если вы хотите построить генератор для велосипеда. Вот что они:

• - Шаговый двигатель от принтера или другой техники.
• - 8 штук диодов, любых, на ток 0,5 -
• - Регулятор напряжения LM317 –
• - Радиатор для LM317 -
• - Макетная плата -
• - Переключатель –
• - Корпус для регулятора -
• - Провода.
• - Крепление от крыла.
• - Колесико от машинки.

Схема регулятора с выпрямителем

Нам понадобиться собрать регулятор напряжения, чтобы он не только выпрямлял ток от шагового двигателя, но и регулировал напряжение на выходе, тем самым защищая светодиоды от скачков напряжения при езде. Схема регулятора проста. Выпрямительный мост на диодах и регулятор напряжения на микросхеме LM317.

Я все собрал на макетной плате с отверстиями. Просто вставил детали, загнул контакты в направлении пайки и все спаял. Припаял провода и вот мой регулятор-выпрямитель готов.

Тумблером можно выключать генератор.

Сборка генератора

Собираем крепление шагового двигателя к колесу. Принцип прост: колесо вертит шаговый двигатель, двигатель вырабатывает электричество.
Я долго думал, как реализовать крепление и попроще, и понадежней. Вот что придумал:
Я взял крепление от крыла (пыльника, брызговика). К нему прикрутил винтами алюминиевый уголок, немного его подрезав. А уже к уголку прикрепил шаговый двигатель. Все – конструкция проверена, работает нормально. Конечно, желательно чтобы она подпружинила двигатель к колесу, но в принципе, и так вполне нормально.
Ах, да. На шаговый двигатель одевается колесико от машинки с резиновой покрышкой. На вал двигателя намотана изолента, чтобы колесико плотно натягивалось на вал. Ничего лучше в голову не пришло.

Крепление регулятора

Я также долго думал где разместить корпус регулятора, куда его прикрепить, ведь он должен находиться в близости шагового двигателя, иначе придется тянуть 4 провода от шагового двигателя.
Наконец я придумал и решил закрепить регулятор на стойках на той же планке, где крепиться шаговый мотор.
Вырезал из тонкого алюминиевого листва прямоугольник, и привернул длинными болтами через стойки длинной 1 см. Ну а к прямоугольнику прикрепил регулятор.

Проверка работы генератора

Шаговый двигатель что я взял был на 24 вольта. И при нормальной скорости велосипеда выдавал более 30 вольт. Регулятор на выходе выдавал 3,1 вольт. Что вполне нормально. Если вас не устроит это напряжение, отрегулируйте его резисторами 150 и 220 Ом. Вообще можно запаять переменный резистор и настраивать напряжение, как угодно.

Провода от регулятора я подвел к переднему фонарю. Подключил параллельно элементам питания. В итоге, когда велосипед стоит фонарь светит от батареек. А когда велосипед едет – фонарь светит от генератора, а элементы немного заряжаются. В идеале конечно нужно использовать аккумуляторы, но пальчиковые аккумуляторы напряжением 1,2 вольта, фонарь будет гореть тускло. А принципе батарейки можно вообще выкинуть, и фара будет гореть только в движении. В общем кто как хочет.

Как вырабатывать электричество крутя педали? Один киловатт-час стоит 5 центов. Для получения такого количества энергии необходимо вращать педали 10 часов. Нет никакого смысла говорить о промышленных масштабах производства электроэнергии с помощью педальных генераторов. Тем не менее такой способ получения электрического тока требуется достаточно часто, потому что с помощью мускульной силы мы можем вырабатывать электричество где угодно без потребления топлива, днём и ночью. Оборудование дешёвое и практически не требует технического обслуживания.

В основном они требуются в двух случаях:

1. Для во время путешествий на велосипеде.
2. Для выработки как можно большего количества электроэнергии на стационарных педальных генераторах.

Педальные велогенераторы предназначены для получения электричества в отдалённых районах, где неудобно использовать солнечные батареи неудобны. Генератор для велосипеда может вырабатывать до 300 Вт электроенерги (в среднем 40-150 Вт в зависимости от велосипедиста).

В интернете дано много рекомендаций, работающий за счёт вращения педалей. не лучший выбор, так как они содержат много редких ненужных деталей или требуют много работы по адаптации генератора к велосипеду, страдают от проблем с трением, проскальзыванием ремня и быстрого износа.

Как правильно выбрать велогенератор.

• Мотор устанавливается на неподвижный велосипед — это задний втулочный мотор (переднее колесо неподвижного велосипеда не вращается).
• Для хорошей производительности в моторе должны использоваться современные редкоземельные постоянные магниты, велогенератор должен быть бесщёточной конструкции.
• Для получения хорошего эффекта инерции, он должен быть тяжёлым и представлять собой электрическое велосипедное колесо.
• Для уменьшения механических потерь мотор должен быть прямоприводным/не использовать передач на шестерёнках.
• Чтобы человек мог справится с педалированием в течении длительного времени, мотор должен давать мощность не менее 200 Вт. Чем больше — тем лучше (снижаются потери, возрастает масса).
• Напряжение мотора должно превышать заданное выходное напряжение, чтобы оно не падало ниже критического значения, даже во время педалирования не на полную мощность.

На рисунке вверху показано внутреннее устройство мотор-колеса, исполненного в виде втулочного генератора на 24 В, 500Вт производства Golden Motor / Jiangsu, заряжающего аккумулятор 12 В.

Установка генератора на велосипед.

1. Найдите велосипед — любую рухлядь, но с работающими передней осью, педалями, цепью, седлом и желательно задним переключателем.
2. Замените заднее колесо на втулочный мотор.
3. Установите велосипед на опору так, чтобы заднее колесо могло свободно вращаться. Также можно подвесить зад велосипеда, чтобы он совсем не касался земли, взять подставку из металлических кронштейнов, установленных на деревянное основание.

Вернуть велосипед в его исходное состояние можно очень быстро — нужно лишь снять с опоры и поставить колесо назад.

Электрическая схема подзарядки аккумуляторов с помощью педального генератора.

Мотор-генератор расположен слева схемы, выходящее напряжении (+/-12 В) — справа. К выходу можно подсоединить любую нагрузку: лампочки, люминесцентные лампы, светодиодное осветительное оборудование, радио, телевизор, спутниковый ресивер, инвертор. Все подключённые устройства должны быть рассчитаны на 12 В.

Разберём схему более детально. Велосипедный генератор производит 3-трёхфазный переменный ток, который перед использованием необходимо преобразовать в постоянный. Трёхфазный выпрямитель можно сделать из шести диодов или приобрести в готовом виде (используется в ветроэнергетике). Он выглядит как обычный мостовой выпрямитель, только снабжён пятью клеммами вместо четырёх. Выпрямитель должен быть рассчитан не меньше чем на 100 В и 35 А. Каждый из диодов должен выдерживать такое же напряжение, но только половину тока (20 А). Для выпрямителя требуется некоторое охлаждение — поэтому прикрепите его к большой металлической детали.

Выходная мощность выпрямителя не может напрямую подаваться на лампочку или телевизор, так как при не вырабатывается стабильное напряжение. Оно будет колебаться между нулём и максимумом и может повредить оборудование. Данная проблема решается подсоединением аккумулятора параллельно к выходу выпрямителя, который будет поглощать лишнюю мощность вырабатываемую генератором и заполнять промежутки времени, когда генератор не вырабатывает достаточно мощности или даже останавливается на короткое время. Аккумулятор не обязательно должен быть большим или каким-то особенным — подходит любой свинцово-кислотный аккумулятор. Если он имеет большую ёмкость это тоже неплохо. Можно использовать старый аккумулятор компьютерного ИБП на 12 В 16 А·ч. Для домашнего применения рекомендуются герметичные аккумуляторы, не выделяющие газов.

На схеме есть и другие компоненты. Один из них это плавкий предохранитель, который нужен на случай короткого замыкания. Аккумулятор производит настолько сильный ток, что даже может воспламенится кабель. Рекомендуется кабель 2.5 мм 2 и плавкий предохранитель на 30 А. Также на схеме есть два измерительных прибора (нет на фотографии). Один вольтметр (со своим плавким предохранителем) и один амперметр. Несмотря на то что педальный генератор работает и без них, вольтметр крайне рекомендуется ради исправности аккумулятора. Лучше брать цифровой вольтметр. Как только на нём высветится 14 В (для систем на 12 В) нужно прекратить вращать . Никогда не превышайте 15 В. Напряжение также не должно падать ниже 10.5 В. Аналоговый амперметр (с нулевой отметкой в середине шкалы) не очень важен, но он показывает идёт ли закачка энергии в аккумулятор (в итоге ведущая к полной зарядке аккумулятора) или потребление (ведущее к разряду аккумулятора). В схеме не может использоваться цифровой амперметр, так как ток меняется слишком часто, что не позволяет стабильно считывать показания. Диапазон амперметра зависит от отводимого нагрузкой тока. Лучше всего купить с диапазоном +/- 20 А.

Взаимосвязь напряжения аккумулятора, напряжения генератора, размеров передней и задней звёздочек.

Напряжения аккумулятора и генератора, размер передней и задней звёздочек влияют на затрачиваемые человеком усилия и его каденс. При правильном подборе данных параметров на выбранной мощности система выдаёт требуемое выходное напряжение при адекватном каденсе (50 - 60 об/мин).

Возрастание напряжения аккумулятора (без изменения других параметров)	->
Возрастание напряжения генератора (без изменения других параметров)	->
Возрастание размера передней звёздочки (без изменения других параметров)	->	Уменьшение каденса и увеличение затрачиваемых усилий для достижения такой же выходной мощности
Возрастание размера задней звёдочки (без изменения других параметров)	->	Увеличение каденса и уменьшение затрачиваемых усилий для достижения такой же выходной мощности

Чтобы проверить эту зависимость на практике необходимо установить напряжение генератора выше, чем напряжение аккумулятора, а также попробовать использовать разные передачи (потребуется велосипед с исправным переключателем).

По мере зарядки аккумулятора каденс возрастает и только своевременная смена звездочек переключателем позволяет поддерживать стабильный каденс. Наличие передач также необходимо для индивидуальной настройки педального генератора под каждого отдельно взятого человека.

Технические характеристики системы на базе Golden Motor / Jiangsu: генератор на 24 В, аккумулятор на 12 В, передняя звезда на 42 зуба, задняя звезда на 14 зубьев (18 зубьев, если напряжение аккумулятора ниже 11 В).

В частном доме иногда бывает так, что по разным внешним причинам нет света. Поэтому велогенератор будет очень нужным устройством, которое не даст остаться без освещения, телевизора или интернета. А если при этом Вы являетесь любителем велопутешествий, можно совместить свое увлечение с идеей создания велогенератора на 12 вольт с возможным выходным напряжением в 220 вольт.

Велогенератор-тренажер

Особенно пригодится такое устройство для тех людей, которые любят путешествовать, причем путешествовать на большие расстояния с ночевками, с палатками. Одному путешественнику пришла на ум идея собрать велогенератор-тренажер, чтобы можно было без труда возить его с собой в походы.

Необходимые элементы велогенератора.

Самое главное в генераторе, -это велосипед. Еще понадобится моторчик на 12 вольт. Чем он будет мощнее, тем больше электроэнергии будет вырабатывать. В этом устройстве используется также старый самодельный преобразователь напряжения из 12 в 220 вольт. Но вы можете использовать очень распространенные в настоящее время бесперебойники или, как их еще называют UPS.

Сборка

Теперь все это нужно собрать, так чтобы это все функционировало. Возьмем сварочные аппарат и болгарку. Сделаем металлическую подставку под генератор. Она будет обеспечивать подвешенное состояние заднего колеса. Теперь, когда колесо висит над землей, необходимо прикрепить моторчик. На ротор мотора нужно одеть кусочки шланга разного диаметра. Пружина должна прижимать ротор двигателя к колесу.

Теперь мотор выступает в роли генератора и вырабатывает 12 вольт. Можно крутить педали и получать электричество, способная зажечь двухспиральную лампу но 12 вольт. При большом старании можно выработать даже 30 вольт, но так не стоит делать при подключенной лампочке на меньшее напряжение.

Теперь проверим полярность. У нас получается, что один провод является плюсом, мы отметим его узелком. Теперь проводки преобразователя соединяем с проводками генератора. Тест показал, что можно записать с помощью этого генератора телевизор. Но если прекратить вращение педалей более чем на 5 секунд, ток не вырабатывается и телевизор выключается. Поэтому будем использовать аккумулятор. Такой генератор будет незаменимой вещью в дни, когда на вашей улице линии электропередачи ремонтируют электромонтеры.

Какова эффективность, или кпд устройства? В течение часа можно зарядить аккумулятор на 12 вольт. Получается своеобразный велотренажер, благодаря которому можно вырабатывать ещё и электроэнергию. От этого генератора можно заряжать сотовый телефон, видеокамеры, ноутбуки, запитывать wi-fi роутер. Кроме прочего употребления это устройство можно брать с собой в походы и использовать розетку на 220 вольт. Аккумулятор в таком случае нужно использовать не автомобильный, а например от бесперебойника.