Savonius-tuulimyllyä suunnitellessa ja rakennellessa tein magneettimoottori-generaattoritestejä. Tarkoituksena on siis suunnitella noin neljän tunnin työpaja, joka onnistuu kaikilta koululaisilta ja jonka materiaalikustannukset ovat minimaaliset (20 euroa tai alle). Tavoitteena on tutustuttaa luonnonmukaisen sähköntuotannon perusteisiin ja sytyttää tuulivoimalla ledvaloja.
Testin lähtökohdat:
4 kpl Neodyymimagneetteja (halkaisija 9 mm, paksuus 5 mm)
0.25 mm Kuparilankaa noin 30 metriä
Sähköteippiä ja kuumaliimaa
Vanha videonauhurin moottori, jonka nopeutta voi muuttaa säädettävällä tasavirtalähteellä
Tektronix TDS1000C-EDU oskilloskooppi
Tavoite: Tuottaa puhdasta siniaaltoa mahdollisimman suurella jännitteellä.
Tein yhden kelan kiertämällä kuparilangan 22 mm putken ympäri noin 400 kertaa. Lopulliseen versioon tulee kaksi tai useampi kelaa. Kuitenkin niin, että työpaja on hauskaa tekemistä, ettei se sisällä liian paljon yksipuolista työtä, kuten kuparilangan kiertämistä putken ympäri.
Vanhan koulun malli, jossa magneetit ovat kidesuunnatulla muuntajalevyllä.
Magneettien molempia napoja hyödynnettäessä (multipolar) syntyy ’kaksoissiniaaltoa’, jonka jännite on noin 1.4 V, kun magneettien välinen etäisyys on 23 mm. Jos magneettien välistä etäisyyttä pienentää (14.5 mm), generoitunut jännite pienenee, kuten oikeanpuoleisessa oskilloskooppikuvassa näkyy (noin 1.1 V). Tämä johtuu siitä, että pienemmällä kehällä magneetit liikkuvat hitaampaa.
Magneettien vain toista napaa hyödynnettäessä (unipolar) syntyy suunnilleen sahalaita-aaltoa, jonka jännite on noin 1.5 V, kun magneettien välinen etäisyys on 23.5 mm. Huomaa, että näin tekemällä systeemin tuottama taajuus kaksinkertaistuu. Jos magneettien välistä etäisyyttä pienentää (14.5 mm), generoitunut jännite pienenee noin yhteen voltiin.
Uuden koulun malli, joka on kuin yksinkertaistettu Newman moottori tai käänteinen Helmholz kelasovellus. Alunperin ajattelin soveltaa generaattorissa juuri tätä mallia, koska arvelin sen olevan tehokkaampi.
Sovellus generoi yhdenlaista kaksoissiniaaltoa noin 2.2 V jännitteellä. Ihan mukavaa pientä edistystä.
Teslan magneettimoottorin (1888) sovellus, joka on tavallaan brushless single-phase alternator, siis harjaton vaihtovirtageneraattori.
Ja niinhän siinä kävi, että Teslan sovellus vei testissä ylivoimaisen voiton 3 V generoidulla jännitteellä ja puhtaalla siniaallolla. Tästä on hyvä jatkaa!