Форум

Тема многократно всплывала в обсуждениях, так что теперь обсуждаем тут. Если кто перетащит сюда ссылки на обсуждения в других ветках и темах, а также на гальванику, хлораты, бертолетку и т.д. - совсем хорошо.

Итак: задача с минимальными затратами сделать генератор постоянного тока мощностью 1Вт.

Зачем: этого достаточно для наработки вменяемых количеств бертолетки, для очистки меди, для серебрения/золочения/медения. Возможно - для грубой нарезки нескольких стволов электроэрроизией и/или гальванопластикой.
И главное - имея такой прототип - его можно масштабировать. А, например, 100Вт - это уже полноценное перевооружение с холодняка на огнестел...

Замечание: при производстве кричного железа тот же один ватт несложно получить гальваникой... Но с масштабированием плохо, и если нет руды/угля - совсем тупик. Т.е. интересные гальванические элементы (особенно при отсутствии индустрии железа) сюда тоже вносим, но акцент - на генераторы.

Что есть генератор: проводник в переменном магнитном поле. Соответственно, чем больше проводника, чем сильнее поле и чем быстрее оно меняется - тем мощнее генератор. Естественно, на выходе ток переменный и его надо выпрямлять - механически или ещё как.

1) Проводник (обмотка). При наличии проволоки - не вопрос, изолируем-мотаем. Если проволоки нет: думаем, можно ли организовать производство (очистка (напр. меди на гальваническом элементе), эффект Ребиндера, фильеры из металла/камней(вплоть до сапфира/рубина/алмаза), печки всякие...) Если и с этим беда - можно использовать капилляр с ртутью (см. статью по стекловолокну, капилляр - точно так же); можно нарисовать дорожки на керамическом горшке солью золота/серебра/меди и отжечь... несколько раз...

2) Магнитное поле. Варианты: найти магнетит или нечто подобное; найти/сделать железную болванку и намагнитить (вплоть до использования молнии с воздушным змеем для получения импульса); сделать соленоид и запитать на старте от гальванической ячейки (если есть возможность добавить магнитопровод - совсем хорошо, но если нет - можно и без).

3) Обеспечение переменности. Из очевидного - магнит можно либо качать внутри обмотки, либо крутить внутри/рядом.
Качать тяжёлый магнит (напр. бочёнок с магнетеитом или кусок железа после знакомства с молнией) проще (не нужен подшипник и уравновешивание, проще обеспечить минимальные зазоры и ресурс).
Крутить - сложнее по изготовлению и хуже по ресурсу, но можно повысить частоту. Это, соответственно, повысит мощность. Но сделает более слжным выпрямление - в добавок к сложности механики.
В целом, для самого грубого генератора мощностью 0.1-10Вт схема качалки должна быть проще реализуема. Дальше - надо считать.

Самый простой источник энергии и в том и в другом случае - вода.

Хотелось бы сюда добавить расчёты мощности, особенно для грубой качалки.
1) Нужны данные но напряжённости поля, которую можно создать бочкой магнетита, аналогичной болванкой мягкого железа, соленоидом на гальванике с магнитопроводом и без, любых других доступных в древности магнитов...

2) И, собственно, расчёт - в зависимости от магнита, количества витков, зазора, проводимости витков, частоты. Я пока ленюсь... 🙂

Добавлю, что обмотка схемы "рисунок на керамике с отжигом" даст, пожалуй, минимальный зазор и не требует проволоки. Но однослойна - если без извратов...
А вот оптимальное количество витков супротив их ширины - это надо считать. Толще скажем 100мкм рисунок сделать сложно даже в несколько циклов отжига, отсюда берём зависимость сопротивления от ширины. Соответственно, чем уже дорожка, тем больше витков - но и тем больше сопротивление.

И ещё одно замечание: для хлоратной ячейки нам нужно на выходе порядка 3-4 вольт (можно чуть меньше), для очистки меди и прочей гальванопластики - от 0.1 до 0.4 примерно. Отсюда считаем все сопротивления и витки.

Естественно, приветствуются все идеи по магнитам и проводникам, которые не были упомянуты.

Я уже не раз слышал от Вас про "забывание постоянных магнитов". И никакой аргументации. Цифры в студию.
Слабый удельный магнетизм компенсируется массой. По намагничиванию - читаем первый пост.
Мощность целевого генератора не забываем.

Откуда тут взялись электродвигатели???

Сердечник - это хорошо, когда он есть. А если нет? Ну нет у попаданца железной руды на тыщщу км в любую сторону - и?.. Сдаваццо?

Про проводящим рисункам: "дико редкая" - это сколько? И сколько "надо" - для 0.2в например?

Далее - фарфор там не нужен - обычной керамики с глазурью более чем. 10мкм делают совсем не из-за того что толще - сложнее. Скорее, наоборот :).
Если хочется совсем толсто - сажаем на первичную дорожку металл гальваникой.

Кстати о токах - учитывая эффективнейший радиатор - токи такие дорожки держат очень приличные. А у нас максимум 1А - там и не нагреется ничего. Сомневающиеся - вырезают полоску в 1см из пищевой фольги и пробуют. Там от 6 до 13мкм, и уделное сопротивление никак не меньше. Т.е. эквивалент 2мм дорожки толщиной 50 мкм.

Если что - я такой полоской фольги регулировал зарядку автомобильного аккумулятора от компутерного блока питания. Ну и как провод она же использовалась. Ток был ампер 5 - проблем не было.

Если "для отжига целиком" правильный коэффициент расширения у глины подобрать не удалось и дорожки рвутся - отжигаем локально, дуем трубочкой в пламя и ведём по дорожке.

В конечном итоге, разумеется, придём к проволоке. Но вот наработать первый кг хорошей меди, или бертолетки на десяток выстрелов - рисунком может быть существенно проще. Поставить волочильное производство с нуля - это непросто.

Я смотрю Теслы, Генри и Омы всех пугают 🙂
Никакой конкретики 🙂

Смотрим пример расчета
http://imlab.narod.ru/Energy/Gen_196/Gen_196.htm

Железный магнит это порядка миллиТесла.
Соответственно в метровой катушке с сотней витков при одном обороте в секунду наведется десятая Вольта 🙁

Будем считать что у нас электромагниты с питанием от вольтова столба(или самого генератора). Тогда даже на слабом токе можно прибавить силу магнитов примерно раз 20 и получить 0.1 вольт в уже 5см катушке.

Хорошей фичей будет многополюсность. Если у нас 10полюсный генератор с катушками по сто витков то за один оборот наведется 1 вольт в каждой - т.е. при последовательном подключении 10 Вольт - в 100 раз больше чем в однополюсном генераторе с одной катушкой - квадрат числа полюсов!

Делаем 10 оборотов в секунду, на обычной тележной смазке вполне реально. 100 Вольт.

Те для сечения 2 мм2(диаметр 1.6 мм) сопротивление катушки порядка 0.1 Ом
Сколько у нас там грязная медь? На порядок хуже? Т.е. 1 Ом

Итого внутреннее сопротивление генератора - 10 Ом. Если у нас нагрузка тоже 10 Ом, то ток будет 5 ампер(такая проволока и 20 выдержит), на нагрузке получим 500 Вт мощности еще 500 будет терятся в генераторе 🙁

Без электромагнитов, с обычными магничеными кусками железа будет 25-50 Вт мощности.

С нагрузкой в 40 Ом ток будет 2 А, мощность на нагрузке 200 Вт, потери всего 20 Вт 🙂

Порядка 150-200 м проволоки в 2 мм2, 3-4 кило меди.

Выпрямление я думаю попаданцу лучше делать электролитически, чем возится с щетками.

В общем считайте.

Напряжение генератора = (кол-во полюсов)^2 * (частоту вращения) * (ширину ротора в метрах) * (количество витков в катушках) * (силу магнитов)
Ток = напряжение / (сопротивление обмоток + сопротивление нагрузки)
Мощность на нагрузке = ток * напряжение

Качалка И магнетит И рисованная обмотка - да, бесполезны. А вот если ИЛИ - до 0.1 - 1 Вт похоже дотянуть можно. Может и с 2 из 3х. Вопрос - в каких хитровылюбленных условиях это может быть оправдано?... Коралловый атолл и ляписные карандаши из аптечки? 🙂

По ископаемым магнитам: я не знаю магнитного минерала, который нельзя было бы использовать как руду...
Или всё же возможна ситуация, когда ископаемый магнит есть - а железа не сварить? Например, степь - и из топлива трава да кизяк...

И возможен ли ископаемый магнитопровод? По идее, должен работать...

Насчёт 10Гц - для прототипа это может быть много. Дело не в смазке - понадобится точная центровка и, вероятно, редуктор. Какой привод нам даст 10Гц и несколько киловатт?
Напомню, в идеале из инструментов у нас - топор. Возможно - каменый...

Многополюсность - ПМСМ тоже не для прототипа, в неё будут развиваться следующие версии.

По электролитическому выпрямителю - какая именно схема подразумевается?

З.Ы. Если брать исторический мэйнстрим и и доступные ископаемые - то ессно, всеми силами искать железо и ставить его производство. Потом делать гальванику на крицах. Потом - проволоку и генератор с электромагнитом и сердечником.
А вот если нет железной руды и/или хорошего топлива нет - становится замысловатее...
Т.е. мы оказываемся либо без проволоки либо без магнита/магнитопровода. Либо без того и другого.

>> Качалка И магнетит И рисованная обмотка - да, бесполезны. А вот если ИЛИ - до 0.1 - 1 Вт похоже дотянуть можно. Может и с 2 из 3х.

Интересно, что бы сказал о качалке и ее сторонниках дедушка Фрейд 🙂

>> Насчёт 10Гц - для прототипа это много.

То что я описал это конечно не первая модель. Вторая - третья. Сначала попробовать, отработать.

>> Дело не в смазке - понадобится точная центровка

2 кило меди на обмотки, скажем все колесо 10 кило, 50 см диаметр. Балансировка до 50 г делается веревкой. Итого сила в 40 кило. Телега весит побольше. Ну, 5 оборотов точно самая топорная работа выдержит(там квадрат, усилие упадет вчетверо).

>> и, вероятно, редуктор. Какой привод нам даст 10Гц и несколько киловатт?

Я претендовал только на один киловатт 🙂

Водяное колесо и кожаные ремни. На вал колеса(один оборот в 10 секунд) сажаем метровое, оно крутит 10 см со скоростью один оборот в с, и вместе с ним еще метровое. А ремень с него крутит генератор на 10 Гц. Усилие на ремне при киловатной мощности и 10 см колесе - 30 кило. С первого раза не получится, только со второго, так я и сказал что не прототип 🙂

>> Напомню - из инструментов у нас - топор. Возможно - каменный...

Тогда надо делать сыродутную печь и железо. Без железа все равно генератора не будет, заодно и топор сбацаем.

>> По электролитическому выпрямителю - какая именно схема подразумевается?

Свинец, сурьма, раствор соды. На деле - суем все имеющиеся пары металлов и смотрим 🙂

В колесе у нас обмотки, на входе выпрямитель и лейденские банки для сглаживания, потом разветвление на нагрузку и электромагниты(с переменным сопротивлением для регулировки). Электромагниты вокруг колеса.

Генератор на киловатт это результат знания рецепта(многополюсность, электромагниты с самовозбуждением) и недели экспериментов.

Необслуживаемый у попаданца не получится - ТО считай каждую неделю, если не пару дней. Смазать, подтянуть, деревяшки поменять, перемотать. Хорошая такая дамба, два десятка колес, 100 киловатт. Силами богатого промышленника в 17 в забабахать можно.

С опытом можно и на десяток киловатт замахнуться, хотя там проблем с механикой и электрикой будет немало, опыт нужен. Без индустриала недоступны только сотни киловатт.

Интересно, что бы сказал о качалке и ее сторонниках дедушка Фрейд 🙂

"Бывают и просто сны! 🙂

Я претендовал только на один киловатт 🙂

А потери? Киловатт снять - надо три механикой обеспечить.

По всему остальному не комментирую - оно всё правильно, но не для "самого раннего генератора". Ваш попаданец - в тепличных условиях :).

Без железа все равно генератора не будет,

А вот это - не факт.
С железом-то любой дурак сделает 🙂

>> С железом-то любой дурак сделает 🙂

Без сердечника из ферромагнетика сила электромагнита падает на 3-4 порядка! Даже ватт вытянуть циклопическое сооружение нужно.

Так что индуктивный генератор без железа... Можно поизвращаться с альтернативными ферромагнетиками если железа в мире нет(как в холодных берегах лукьяненко) но они все сложнее.

Если железа нет то только химия.

Да, и относительно неоднократно помянутого тут электролитического выпрямителя - я так и не понял, что предлагается сделать. В детстве я делал такой из алюминиевой ложки, но никаких пригодных для попаданца схем в голову не приходит. В частности, с упомянутыми свинцом, сурьмой и содой...

Описание сюда, пожалуйста!