Ручний міні-генератор для зарядки телефону: теорія, практика та трохи економіки

Росія це країна-терорист, яка продовжує завдавати ударів по критичній інфраструктурі, що своєю чергою призводить до аварійних блекаутів, віялових відключень та інших перебоїв у електрохарчуванні. Люди намагаються забезпечити себе всім необхідним на період блекаутів: газовими горілками, консервами, аварійним освітленням та звичайно аварійним живленням – різними акумуляторами, павербанками, інверторами тощо

Одне з цікавих рішень, яке пропонують купити для аварійних ситуацій – ручний генератор ("динамо-машина") для зарядки телефонів. Ручний генератор це невеличкий блок з ручкою та usb-виходом, якщо під'єднати телефон до usb-виходу та почати крутити ручку генератора – телефон почне заряджатися. Логіка проста: навіть якщо несподівано вимкнули світло і всі павербанки розряджені і треба терміново зарядити телефон – покрутив ручку і трохи аварійного заряду вже є.

Пристрій сам по собі невеликий, та і ціна на такий пристрій на "Розетці" доволі бюджетна. На момент написання цієї статі, купити ручний генератор за акційною ціною можна було за 232 гривень (ціна без знижки 400 гривень набагато відчутніша).

На Аліекспресі, проте, такий генератор коштує набагато дешевше – можна знайти пропозиції дешевше 50 гривень, це лише трохи більше одного долара! (ціна без урахування вартості доставки)

Але давайте поговоримо про фізику – що ж це за пристрій, як він працює, яка його потужність, ККД, інші параметри?

Принцип роботи ручного генератора загалом простий: він перетворює механічну енергію (крутіння ручки) на електричну енергію, генерує постійний струм, який заряджає телефон. Отже, логічно припустити, що всередині знаходиться невеликий генератор. Принцип роботи генератора постійного струму вивчається (за старою програмою) у 11 класі та полягає у "експлуатації" явища електромагнітної індукції (але це не є предметом статті).

Ідемо далі. Якщо припустити, що це так, то що нам відомо про параметри цього генератору? Який силу струму може видавати такий генератор? Яку напругу? Продавці на розетці не написали нічого нам про технічні характеристики девайсу, але на Аліекспресі ми все ж таки знайшли деяку інформацію. Отже:

Оцінимо, це багато чи мало? Максимальна потужність P = UI такого генератора складатиме 5.5 В * 0.6 А = 3.3 Вт. Поки, чесно кажучи, не виглядає вражаючи. Але може ми помиляємося. Оцінимо, яку кількість часу нам потрібно "крутити" генератор, щоб щось ним зарядити.

Вхідні дані: Прикинемо, що батарея нашого телефону має ємність 4000 мА*годин. Оцінимо, скільки часу потрібно щоб зарядити батарею на 5 відсотків.

Що взагалі означає, що ємність батареї складає 4000 мА*годин? Простими (і строго кажучи не дуже коректними*) словами це означає, що щоб зарядити таку батарею на 100%, ми маємо "передати" їй еквівалент 4000 мА*годин "зарядки". У нашому прикладі, якщо максимальна сила струму, яку видає генератор це 600 мА, повний час зарядки складатиме 4000 мА*годин / 600 мА = 6.66 годин. Отже, щоб зарядити телефон хоча б на 5% треба витратити 6.66 * 0.05 = 0.33 години, тобто 20 хвилин.

*у наших примітивних розрахунках ми опускаємо те, що швидкість зарядки залежить також і від напруги, яку видає генератор. Конкретно тут це не значно вплине на результати, адже номінальні напруги акумулятора телефона та генератора можна вважати однаковими.

Наш теоретичний результат не занадто вражає: 20 хвилин треба крутити ручку для того, щоб зарядити телефон всього на 5%. На відміну від павербанку, ми не можемо користуватися телефоном та заряджати його одночасно – або крутиш, або користуєшся. До того ж крутити генератор не так і легко, а ще ідеально було б крутити ручку хоча б плюс-мінус рівномірно, щоб сила струм "не скакала" (перепади сили струму можуть негативно сказатися на самопочутті акумулятора). Загалом, є нюанси.

Перейдемо до експериментальної частини дослідження – протестуємо на власному досвіді такий ручний генератор. До речі, розміри в нього дійсно маленькі, візуально не більше 5 см в довжину, тому його справді можна вважати портативним та кишеньковим

Першим ділом, розкрутимо генератор, щоб побачити як він влаштований всередині та чи дійсно працює так, як ми думаємо:

І дійсно, розкрутивши викруткою два маленьких гвинтика бачимо, що всередині механізм доволі простий: ручка щоб крутити, від неї зубчаста передача на невеликий генератор (зубчаста передача необхідна, щоб збільшити частоту оберту, адже від цього залежить потужність генератора). Від генератора два маленьких дроти на невелику мікросхему, з якої стирчить діодик та usb-вихід. Нічого складного, просто та зі смаком, аккурат різних частин десь на 50 гривень і назбирається.  

Тепер перевіримо реальну потужність генератора: під'єднаємо його до телефону і зробимо заміри сили струму заряду акумулятора за допомогою програми Ampere. Цю програму ми вже використовували, наприклад, у статті блогу "Лабораторна робота зі струму без обладнання".

Результати вимірів невтішні. Максимальна сила струму, яку нам вдалося досягти склала всього 280 мА, загалом сила струму коливалася в межах 240-260 мА.

Що це означає? Це означає, що теоретично ми розраховували на 600 мА, а отже на 20 хвилин підзарядки на 5% (що вже доволі складно та довго, але все ж таки реально), а реальні експериментальні дослідження показали: варто розраховувати на середню силу струму у 250 мА, а отже час підзарядки навіть "аварійних" 5 відсотків складатиме аж 48 хвилин! А ще так, цей девайс неочікувано доволі гучний, дешева зубчаста передача видає доволі неприємний тріск.

Тому наш вердикт наступний: Такий ручний генератор струму це чудовий девайс, який треба мати вчителям фізики, репетиторам та учням для лабораторних робіт зі струму. Цей девайс та ще багато різного цікавого обладнання для лабораторних робіт з фізики можна купити у нас в інтернет-магазині за посиланням. Проте, розраховувати на такий генератор як на реальне джерело аварійного живлення не варто, такий генератор скоріше підійде як антистрес, аніж реальне "альтернативне джерело". Якщо вам потрібне аварійне живлення на випадок блекауту, рекомендуємо натомість за ті самі гроші купити невеликий павербанк на 5000 мА * год. Один повний цикл використання навіть такого павербанка це еквівалент 20 годинам! крутіння ручки портативного ручного генератора.

Бажаємо всім світла у домах та квартирах та світу без росії!