Self-Powering Generators:A Must-Have Guide for the Electronics Industry

Wer hätte in der Do-It-Yourself-Ära (DIYs) nichts dagegen, einen autarken Generator aufzustellen, der an seinem Arbeitsplatz oder zu Hause betrieben wird? Ein autarker Generator ist nicht nur einfach zu bedienen und zu konstruieren, sondern auch aufgrund seiner sauberen Energiequelle effizient. Darüber hinaus ist das gesamte Setup kostenlos und kann kontinuierlich arbeiten.

Wir meinen, es braucht keinen Diesel, um sauber zu laufen. Daher stellt es fast keine Risiken für den Menschen dar. Andererseits werden bei der regulären Stromerzeugung durch Benzin Schadstoffe freigesetzt, die für den Menschen oft gefährlich sind. Wenn wir über saubere Energiequellen nachdenken, beziehen wir auch Nanoenergie mit ein. Abgesehen davon, dass sie in Bezug auf die Ausgangsenergie fast gleich sind, gewährleistet Nanoenergie auch die Sicherheit der Energieumgebung im Haltungssystem. Bei Generator und elektronischer Energie geht es um mehr. Wenn Sie an umfangreichem Wissen interessiert sind, lesen Sie bitte weiter.

1. Was sind autarke Generatoren?

Selbstversorgende Generatoren sind elektrische Geräte, die durch die Erzeugung einer konstanten elektrischen Ausgangsleistung arbeiten. Oftmals übersteigt die Größe der Ausgangsstromerzeugung die Eingangsstromversorgung. Dann arbeitet er im Gegensatz zu anderen Generatoren nach dem Prinzip, einen Elektromotor und eine Lichtmaschine zu verbinden, um automatisch elektrischen Strom zu erzeugen. Und das ganz ohne Kraftstoffverbrauch.

(Teile eines Elektromotors).

2. So funktionieren autarke Generatoren

Drei entscheidende Dinge fassen die Funktionsweise des autarken Generators zusammen. Sie beinhalten; der Elektromotor, die Lichtmaschine und das Arbeitsprinzip (wie in der Definition erwähnt).

Unten sind die praktischen Schritte, mit denen der Generator funktioniert;

• Erstens erhält ein bürstenloser Motor Batteriestrom und Strom von einem elektronischen Geschwindigkeitsregler (ESC). Meistens dreht der Motor bei etwa 3000 und 5000 U/min auf Schleppen.
• Dann treibt der bürstenlose Motor den Wechselstrommotor an, um sowohl Gleichstrom- als auch Wechselstromformen zu erzeugen.
• Um den bürstenlosen Motor mit Strom zu versorgen, wird die Gleichstromleistung gleichgerichtet und anschließend durch eine Kondensatorbatterie geleitet. Außerdem hilft der Schritt beim Stoppen der Spannungsinfrequenzen, die üblicherweise von dem Wechselstrommotor und den Geschwindigkeitsinfrequenzen des bürstenlosen Motors auftreten.

Wechselstrommotor und Generator).

• Viertens steuert das Steuerungssystem des Generators die AC- und DC-Eingangsspannung und die Last des Stromnetzes.
• Das LCD zeigt dann den Batterieprozentsatz, die Laufzeit und die Spannung an. Die Tasten hier stellen die Spannung und Laufzeit gemäß Ihren Anweisungen ein.
• Sie können auch einen automatischen Schalter verwenden, um die Spannung von Ihrer bisherigen Batterie auf eine Kondensatorbatterie umzustellen. Anschließend laden Sie den gerade nicht genutzten Akku wieder auf.
• Zu guter Letzt hilft ein Arduino-Board bei der Überprüfung der Temperatur des bürstenlosen Motors.

3. Wie erstelle ich einen autarken Generator

Im Allgemeinen arbeiten verschiedene Teile eines Generators, um einen heilsamen Effekt zu erzielen, der zum Betrieb der Maschinen beiträgt. Einige davon sind:

Rotor

Es ist Teil des Elektromotors, der die Bewegung unterstützt. Meistens geschieht dies, indem es seine stromführenden Leiter verwendet, um mit dem Stator zu interagieren und schließlich mechanische Energie zu erzeugen.

ein DC-Motorrotor).

Peilung

Es bietet dem Rotor mechanische Unterstützung, um während der Drehung auf einer bestimmten Achse zu bleiben. Andererseits erhält das Lager eine stabile Unterstützung durch das Motorgehäuse, das es fest an seinem Platz hält.

Ein Bild von Lagern).

Selbstantreibende Generatoren – Stator

Es hat eine der beiden Komponenten – einen Permanent- oder einen Wickelmagneten. Folglich behalten die Komponente(n) einen stationären Zustand bei. Zusätzlich hat der Kern Laminierungen, die dünne Metallbleche sind.

Ein Lichtmaschinenstarter).

Selbstversorgende Generatoren – Luftspalt

Es ist der Raum zwischen Stator und Rotor. Der Luftspalt sollte immer klein sein. Denn größere Luftspalte wirken sich negativ auf die Leistung des Motors aus.

Selbstversorgende Generatoren – Wicklungen

Bezieht sich auf Drähte, die in Form einer Spule um einen Magnetkern aus Eisen gewickelt sind – die Anordnung der Wicklungen hilft bei der Bildung von Magnetpolen für den Durchgang elektrischer Ströme.

(Wicklungen in einer Maschine)

Self-Powering Generators-Commutator

Die letzte Komponente, ein Kommutator, bildet einen entscheidenden Teil des Generators. Ohne läuft der Motor nicht. Es funktioniert, indem es die Umkehrung der Ströme herbeiführt und dann die Leistung optimal an die Maschine anlegt. Technisch gesehen ist es ein Mechanismus, der zu einem Schalteingang von AC- und DC-Maschinen führt. Weiterhin haben die DC- und AC-Maschinen Schleifringsegmente mit Isolierungen voneinander. Nicht zu vergessen die Elektromotorwelle.

Die Schritte zur Herstellung des Generators mit eigener Stromversorgung sind wie folgt:

• Zuerst verwenden Sie eine Riemenscheibe, die den elektrischen Rotor und die Lichtmaschine verbindet und somit zum mechanischen Energiefluss vom Elektromotor zum Generator beiträgt.

Selbstversorgende Generatoren – Hinweis

Ein Rotor sollte weniger Watt haben. Je geringer die Wattzahl, desto höher die Chance, mehr Ausgangsleistung für den externen Gebrauch zu erzeugen. Höhere Watt verbrauchen die Ausgangsleistung des Generators, daher weniger Strom für externe Versorgungsunternehmen.

• Schließen Sie dann den elektrischen Rotor über einen Leistungsregler an eine Batterie an. Der Grund dafür ist, bei der Regulierung des Geschwindigkeitsmotors zu helfen. Sie können sogar den Regler verwenden, der einen Knopf in einem Deckenventilator dreht.
• Wenn die Batterie eingesetzt ist, können Sie den Generator starten. Es ermöglicht dem System, die Anfangsenergie für den allmählichen Energieaufbau im Generator zu erhalten.
• Viertens stellen Sie eine Rückverbindung vom Ausgang des Stromgenerators her. Es ermöglicht eine Rückproduktion aufgrund des Elektromotors durch den Regler (zur Geschwindigkeitsregulierung des Elektromotors).
• Später, wenn das System vollständig mit Strom versorgt wird, können Sie die anfängliche Startleistung entfernen, damit der Generator selbst weiterläuft. Daher führt das Endprodukt zu einem elektrischen Generator, der Strom für einen Elektromotor erzeugt, während er eine Ausgangsleistung zur Verwendung erzeugt.

Zusammenfassung:

Die erzeugte Gesamtleistung – Vom Rotor verbrauchte Leistung =Nettoleistung

4. Andere verwandte Projekte

Als einer seiner zahlreichen technologischen Inputs führte Sir Howard Johnson eine Methode ein, bei der Stromrechnungen reduziert werden, indem nur eine minimale Menge an Spannung durch ein System geleitet wird. Anschließend kann man die Spannung über die angeschlossenen Lichtmaschinen erhöhen.

Praktisch gesagt, wenn Sie eine Spannung von nur 10 V durch ein System leiten, können Sie bis zu 14000 V erzeugen. Im Gegenzug gibt es weniger Stromrechnungen für einen einfachen Aufbau.

5. Beziehung zwischen Nanoenergie und autarkem Generator

Im Laufe der Jahre bestand die Notwendigkeit, Probleme mit nicht nachhaltigen Stromversorgungen zu beseitigen. Es wurde versucht, verschiedene Stromquellen als Ersatz zu finden oder Batterien zu erneuern. Technologen haben dies getan, indem sie Nanogeneratoren verwendet haben, um Nanoenergie zu erzeugen. Sie tun dies, indem sie die Energieumgebung mit Energie füllen, die aus der Umgebung gewonnen wird. Sie können beispielsweise Temperaturgradienten oder Sonneneinstrahlung nutzen.

Dann wandeln sie die Umgebungs- und chemische Energie durch Effekte, insbesondere die photoelektrischen, piezoelektrischen und triboelektrischen Effekte, in elektrische Energie um. Anschließend wenden sie die Nanoenergie in tragbarer Elektronik an und machen sie autark.

Die Nanogeneratoren geben Energie wie eine selbstbetriebene Generatorumgebung ab, die für Menschen sicher ist, da sie keinen Kraftstoff verbrauchen. Außerdem kann der experimentelle Aufbau in Nanoenergie die Ausgangsenergie direkt (ähnlich wie ein autarker Generator) oder indirekt über einige Zwischenschritte nutzen.

6. Energieautarke Gasmessung mit Nanogeneratoren

In diesem Abschnitt werden wir uns eingehender mit Nanogeneratoren und ihrer Bedeutung in der energieautarken Elektronik befassen.

Energieautarke Sensornetzwerke sollen sich in den kommenden Jahren in technologischen Industrien weltweit entwickeln. Daher sollte das energieautarke System nachhaltig sein, drahtlose Verbindungen haben und multifunktional sein. Die drei sind Funktionen in Laufgeräten wie tragbare Elektronik mit geringem Stromverbrauch, energieautarke Elektronik und energieautarke aktive Sensoren.

Daher wurden für die Nanoenergieerzeugung im großen Maßstab energieautarke Sensoren entwickelt, die von Umgebungsenergie abhängen. Mit anderen Worten, die Energiequellen werden durch Energiegewinnungstechnologien sein, die Antriebseinheiten, zum Beispiel die Solarzelle, umfassen. Technologen werden die Solarzelle dann zusammen mit einem bestimmten Nanogerät verwenden. All dies soll insbesondere ohne externe Stromquellen oder Batterien erfolgen und damit den Anwendungsbereich der energieautarken Nanosysteme erweitern.

Nutzung von Sonnenenergie.

Der Ursprung von Nanogeneratoren

Im Laufe der Zeit hatte der Versuchsaufbau des Nanosystems jedoch einige Herausforderungen. Beispielsweise war die Sonnenenergie unberechenbar und es bestand auch ein Bedarf an schwergewichtigen elektromagnetischen Generatoren. Darüber hinaus zeigten die vorhandenen tragbaren thermoelektrischen Geräte eine Verringerung der thermoelektrischen Umwandlungsfähigkeit. Dies liegt an dem parasitären Wärmeverlust in Polymersubstraten mit hoher thermischer Impedanz. Außerdem gab es einen schlechten thermischen Kontakt, der von starren Zwischenverbindungen herrührte.

Daher führten die Herausforderungen Zhong Lin Wang und sein Team dazu, im Jahr 2006 einen piezoelektrischen Nanogenerator (PENG) einzuführen. PENG dient dazu, biomechanische Umweltenergie in elektrische Energie umzuwandeln, indem piezoelektrische Zinkoxid-Nanodrähte (ZnO-NWs) verwendet werden.

Später im Jahr 2012, Z.L. Wangs Team stellte einen weiteren Generator vor, den triboelektrischen Nanogenerator (TENG). Ein triboelektrischer Generator kombiniert elektrostatische Leitung mit Triboelektrifizierung, um eine höhere Energieabgabe zu erzielen. Dann nutzt es verfügbare Materialien leichter. PENG und triboelektrische Nanogeneratoren sind thermoelektrische Generatoren, die keine zusätzliche Stromversorgung benötigen.

In den letzten Jahren hat Wang die Maxwell-Gleichung verwendet, um die grundlegende Theorie der Nanogeneratoren (NGs) zu erklären. Dabei können Erdgase mechanische Energie in Strom umwandeln. Aber auch hier können Sie bei der Analyse der Ausgangssignale einige Informationen über den Eingang abrufen.

Im Allgemeinen gab es eine Verbesserung und einen Fortschritt bei der potenziellen Verwendung von NG-basierten energieautarken Gasmesssystemen. Daher die Notwendigkeit, die piezoelektrischen oder triboelektrischen Eigenschaften aufgrund ihrer Gaserfassungscharakteristik ständig zu koppeln.

PENG-basiertes autarkes Gassensorsystem

ZL Wang und das Team verwendeten eine leitfähige Rasterkraftmikroskopspitze, um über vertikales piezoelektrisches Zinkoxid (ZnO) NW zu scannen, um Nanoenergie in elektrische Energie umzuwandeln.

ZnO fehlt die zentrale Symmetrie in Wurtzit-Strukturen, weshalb es piezoelektrische Eigenschaften aufweist. Darüber hinaus hat es eine ausgezeichnete Gaserfassungseigenschaft und eine große Exzitonenbindungsenergie. Daher kann ZnO in vielen Bereichen eingesetzt werden, insbesondere bei der Entwicklung einer neuen Generation von energieautarken Sensorsystemen.

Xinyu Xue und seine Mitarbeiter arbeiteten an einem Gerät mit zwei Hauptkomponenten;

Zuerst gibt es eine Titanfolie die sowohl als leitende Elektrode (die Eingangs- und Ausgangsspannungssignale von den ZnO-NWs sammelt) als auch als Substrat für die ZnO-NW-Arrays fungiert. Dann gibt es noch eine flexible Aluminiumfolie über den ZnO-NW-Arrays platziert.

Grundprinzip von TENG

Die triboelektrischen Eigenschaften, die seinen Betrieb steuern, umfassen den Kontakt zwischen einer elektrostatischen Induktion und einer triboelektrischen Aufladung, die dann im Prozess chemische Bindungen freisetzt. Dann gibt es die Übertragung von Ladungen zwischen den Grenzflächen, um das elektrochemische Potential auszugleichen, um triboelektrische Ausgangsladungen zu erzeugen.

Bisher sind triboelektrische Nanogeneratoren beim Bau von energieautarken tragbaren Anwendungen anwendbar, wie z. B. energieautarke tragbare Elektronik, ultraempfindliche Sensoren, mikroelektromechanische Geräte und energieautarke intelligente Sensoren.

tragbare Elektronik.

In dem Gehäusesystem kann ein tragbarer thermoelektrischer Generator menschliche Körperenergie durch Wärmeenergie, Vibrationsenergie und mechanische Energie gewinnen. Anschließend wandeln Technologen die Energie des Körpers in Strom um.

7. Funktionen von autarken Generatoren

Generatoren boomen häufig in technischen Bereichen, beispielsweise in Werkzeugmaschinen. Mit dem Elektromotor in einem autarken Generator erhält er zusätzliche Energieunterstützung durch Gleichrichter, Batterien oder Gleich- und Wechselstrom.

8. Häufig gestellte Fragen zu autarken Generatoren

Welche Vorsichtsmaßnahmen sollte ich treffen, bevor ich einen Generator mit eigener Stromversorgung baue?

Wenn Sie vielleicht zum ersten Mal starten, benötigen Sie möglicherweise eine externe Stromquelle für den Fall, dass Sie auf Verluste stoßen. Wenn Sie beispielsweise 2 kW in Ihren Versuchsmotor einbauen, erzeugen Sie etwa 1,8 kW Ausgangsenergie. Oft verlieren Sie Leistung durch Reibung, elektrischen Widerstand und Luftwiderstand. Und hier kommt die externe Quelle ins Spiel, um etwa 0,4 kW zu überdecken.

Was ist der Unterschied zwischen DC- und AC-Generatoren?

Ein Gleichstromgenerator erzeugt eine stabile Gleichstromquelle (DC), wenn er sich während des Betriebs zu drehen beginnt. Es verwendet einen Kommutator, um die Produktion des Gleichstroms sicherzustellen. Im Gegensatz dazu arbeitet ein Wechselstromgenerator, um einen Wechselstrom (AC) anstelle eines Gleichstroms zu erzeugen. Mit anderen Worten, es ist ein Gleichstromgenerator ohne Kommutator. Darüber hinaus benötigen Sie möglicherweise Dioden oder Gleichrichterschaltungen, um einen Wechselstrom in einen Gleichstrom umzuwandeln.

Wie regt man einen autarken Generator an?

Unter normalen Umständen arbeiten die AC- und DC-Maschinen je nach Anforderung als Generatoren oder Motoren. Aber bei dieser Art von Generator werden Sie von den Batterien angeregt.

Schlussfolgerung

Alles in allem war die Stromerzeugung noch nie so einfach. Obwohl fast keine Kosten (außer den Start-up-Ressourcen) für eine effiziente Stromerzeugung aufgewendet werden, sind wir zuversichtlich, dass der autarke Generator die Stromherausforderungen umkehren wird. Alles, was die meisten Wissenschaftler und Technologen möglicherweise tun müssen, ist, diese einmalige Gelegenheit hervorzuheben.

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