Un Guide Pratique de Dispositifs d'énergie Libre                                                                                                              Auteur: Patrick J. Kelly

Chapter 19: Construire Un Petit Générateur Autoalimenté

Un développeur d'énergie libre de travail en Afrique du Sud où il est difficile de trouver des composants électroniques, a très gentiment partager les détails de son générateur d'auto-alimenté compact de sorte que vous pouvez construire un si vous choisissez de le faire. En utilisant un petit inverseur, la sortie du prototype est de 40 watts à la tension secteur et la fréquence et le générateur est un petit appareil de table qui est pas difficile de construire. Le générateur utilise cinq petits 12 volts 7 Amp-Hour batteries plomb-acide comme ceci :



Bien que cela ressemble à un grand nombre de batteries, gardez à l'esprit que ceci est un générateur qui a une sortie électrique en continu, jour et nuit et les piles ne doivent être chargées - un peu comme un panneau solaire qui fonctionne la nuit, ainsi que pendant le jour. Même si vous n'êtes pas familier avec des schémas de circuit électronique (chapitre 12 peut corriger cela pour vous si vous voulez), s'il vous plaît essayez de suivre pendant que nous courons à travers le schéma de circuit et d'expliquer comment le générateur fonctionne. Ceci est le schéma de circuit :



La batterie a marqué des pouvoirs " A " le circuit. Un rotor " C ", contenant cinq aimants est déplacé de telle sorte que l'un des aimants passe à proximité des bobines. Les bobines fixées “ B “ comporte trois bobines spécialement à enroulement et l'aimant se déplaçant devant ces trois bobines génère un courant faible dans le numéro de bobine " 1 ", qui circule alors à travers la résistance " R " et dans la base du transistor, l'amenant à allumer. La puissance circulant à travers la bobine de transistor " 2 " fait devenir un aimant et qui pousse le disque de rotor " C " sur son chemin, en maintenant la rotation du rotor. Il induit aussi un courant dans l'enroulement " 3 " et que le courant est redressé par les diodes bleues et repassé pour charger la batterie " A ", en remplaçant le courant tiré à partir de cette batterie.

Lorsque l'aimant dans le rotor " C " passe loin des bobines, le transistor éteint, déplaçant sa tension de collecteur très rapidement jusqu'à la ligne +12 volts, affamés bobine " 2 " du courant. En raison de la façon dont les bobines sont, la bobine entraîne la tension de collecteur en haut et il atteindrait 200 volts ou plus si elle n'a pas été connecté par l'intermédiaire de la diode rouge à cinq piles qui sont connectés en une longue chaîne. Les batteries ont une tension combinée d'un peu plus de 60 volts (ce qui explique pourquoi un puissant, à commutation rapide, le transistor de T13009 haute tension est utilisé. Comme la tension de collecteur passe la tension de la chaîne de la batterie la diode rouge commence à conduire, en passant l'énergie disponible dans la bobine dans la chaîne de la batterie. Cette impulsion de courant passe à travers les cinq batteries, charge tous. la tension plus élevée causée par tant de batteries signifie que plus grande puissance est introduit dans toutes les piles de la bobine " 2 ". Librement parler, qui est la conception du générateur.

Dans le prototype, la charge pour le test à long terme était de douze volts 150 watts onduleur alimentant un 40 watts secteur ampoule :



La conception de base indiquée ci-dessus a ensuite été modifié par l'addition de deux bobines de pick-up supplémentaires :



Serpentins " B ", " D " et " E " sont tous déclenché en même temps par les trois aimants différents. L'énergie électrique produite dans les trois bobines est transmise aux quatre diodes bleues pour produire une alimentation en courant continu qui est utilisé pour charger la batterie " A " qui alimente le circuit. Cette entrée supplémentaire à la batterie d'entraînement et l'ajout de deux bobines d'entraînement au stator, rend le système fonctionne en toute sécurité comme auto-alimenté, le maintien de la tension de la batterie " A " indéfiniment.

La seule partie mobile de ce système est le rotor qui est de 110 mm de diamètre et est un disque acrylique 25 mm d'épaisseur monté sur un roulement pris à partir d'un lecteur de disque dur vieux ordinateur. L'arrangement ressemble à ceci :





Dans les images, le disque semble être creux, mais en réalité, il est solide en plastique, très clair. Le disque a été foré à cinq points uniformément espacés autour de la circonférence, qui est, à 72 degrés d'intervalle. Les cinq principaux trous percés dans le disque sont à prendre les aimants qui sont des ensembles de neuf aimants en ferrite circulaires, chacune 20 mm de diamètre et de 3 mm d'épaisseur, ce qui rend chaque pile d'aimants 27 mm de long et 20 mm de diamètre. Les piles d'aimants sont positionnés de sorte que leurs pôles Nord font face vers l'extérieur. Lorsque les aimants ont été installés, le rotor est placé à l'intérieur d'une bande de tuyau en plastique qui empêche les aimants qui fuient lorsque le disque est mis en rotation rapide. Le tuyau en plastique est fixé sur le rotor à l'aide de cinq boulons à tête fraisée.

L'écart entre le rotor et les bobines peut être défini comme quoi que ce soit de 1 mm à 10 mm que les bobines ont fendu monte comme on peut le voir sur cette image d'une version antérieure du générateur :



Notez la manière que les supports de bobines permettent à la distance entre les bobines et le rotor doit être modifié. L'écart de travail entre le rotor et les bobines peuvent être réglées de sorte que le rendement peut être maximisée en trouvant l'écart le plus efficace.

Les bobines sont des bobines de 80 mm de long et dont les extrémités sont de 72 mm de diamètre. L'axe central de chaque bobine est constituée d'une longueur de tuyau en plastique avec un diamètre extérieur de 20 mm et un diamètre intérieur de 16 mm. en donnant une épaisseur de paroi de 2 mm. Après avoir été enroulé, que le diamètre intérieur est rempli d'une série de tiges de soudage avec leur revêtement de soudure enlevés, et qui est ensuite enrobé dans une résine polyester, bien qu'une barre pleine en fer doux est une bonne alternative :






Les trois brins de fil qui forment des bobines " 1 ", " 2 " et " 3 " sont fil 0,7 mm de diamètre et ils sont torsadés ensemble pour devenir un fil " Litz " avant d'être enroulé dans la bobine " B ". On obtient ainsi un brin de fil composite beaucoup plus épaisse qui est facile à enrouler avec précision sur la bobine. L'enrouleur montré ci-dessus utilise un mandrin pour saisir le noyau de bobine d'enroulement, mais tout simplement enrouleur fonctionne bien.

Le développeur fait le Litzing en étendant trois brins de fil, chacun provenant d'un 500 grammes bobine séparée de fil. Les trois volets sont serrées à chaque extrémité avec les fils se touchent à chaque extrémité et à trois mètres entre les pinces. Ensuite, les fils sont serrés dans le milieu et 80 tours appliqués au milieu. Cela donne 80 tours pour chacune des deux longueurs de 1,5 m ont eu lieu entre les pinces. Le fil torsadé est enroulé sur une bobine de fortune pour le garder bien rangé que cette torsion doit être répété 46 fois plus que la totalité du contenu des bobines de fil seront nécessaires pour cette une bobine composite :



Les 3 mètres des trois fils sont maintenant pincées et 80 tours appliqués au point central, mais cette fois les spires sont appliquées dans la direction opposée. Toujours les mêmes 80 tours, mais si la dernière longueur était “ dans le sens horaire “, alors ce tronçon de fil seront tournés " vers la gauche ". Cette alternance de direction donne un ensemble fini de fils torsadés où le sens de torsion renverse tous les 1,5 mètres le long de la longueur. Telle est la façon dont le fil Litz produit commercialement est fait, mais je doute sérieusement que le rendement obtenu est meilleur que si la direction du vent n'a jamais été changé et le fil torsadé eu le même sens de torsion sur toute sa longueur.

Ce très beau groupe torsadée de fils est maintenant utilisé pour enrouler la bobine. Un trou est percé dans une bride de bobine, juste à côté du tube et le noyau central, et le début du fil alimenté à travers elle. Le fil est ensuite plié brusquement à 90 degrés et nourri autour de l'arbre de la bobine pour démarrer l'enroulement de la bobine. Le faisceau de fils est enroulé soigneusement côte à côte le long de la longueur de l'arbre de tambour et il y aura 51 tours dans chaque couche et la couche suivante est enroulé directement sur le dessus de la première couche, se déplaçant vers le début. Assurez-vous que les tours de cette deuxième couche assis exactement au-dessus des tours en dessous d'eux. Cela est facile à faire que le faisceau de fils est assez épaisse pour rendre le positionnement très facile. Si vous préférez, une seule épaisseur de papier blanc peut être placé autour de la première couche, pour le rendre plus facile de voir la deuxième couche comme il est enroulé. Il y aura 18 de ces couches pour compléter la bobine, qui sera ensuite peser 1,5 kg et en 2016 les prix au Royaume-Uni, le fil de cette bobine coûte £45 et les regards sinueux comme celui-ci :



Cette bobine terminée contient maintenant trois bobines séparées dans très proches les uns des autres et cet arrangement est excellent quand une bobine est sous tension, pour induire l'énergie dans les deux autres bobines. Cet enroulement contient maintenant des bobines 1,2 et 3 du schéma de circuit. Il n'y a pas besoin de vous préoccuper de marquer les extrémités de chaque brin de fil comme un ohmmètre simple, vous dira que deux extrémités ont un enroulement entre eux.

La bobine 1 est utilisée comme bobine de commande qui commute le transistor sur au bon moment. Bobine 2 est la bobine d'entraînement qui est alimenté par le transistor et la bobine 3 est la première des bobines de sortie :



En raison des bobines qui étaient déjà à portée de main lors de l'élaboration de ce système très réussie, bobines 4 et 5 sont des bobines simples hélicoïdal enroulés qui sont câblés en parallèle avec la bobine d'entraînement 2. Elles stimulent l'entraînement et ils sont nécessaires. Bobine 4 a une résistance en courant continu de 19 ohms et serpentin 5 une résistance de 13 ohms. Cependant, la recherche est en cours à l'heure actuelle pour déterminer la meilleure combinaison de la bobine de ce générateur et il est probable que les bobines supplémentaires seront les mêmes que la première bobine, la bobine “ B “ et que les trois bobines sont raccordées de la même façon et enroulement moteur dans chaque bobine entraînée par une puissante, le transistor rapide. Le présent arrangement ressemble à ceci :



Les deux pays peuvent être ignorés car ils étaient seulement pour enquêter sur d'autres moyens de déclenchement du transistor et ils ne sont plus utilisés.

A ce moment, les bobines 6 et 7 sont des bobines de sortie supplémentaires connectées en parallèle avec la bobine de sortie 3. Ils peuvent être à noyau d'air ou d'un noyau de fer solide. Les tests indiquent que la version air-core fonctionne légèrement mieux que d'avoir un noyau de fer. Ces deux bobines sont enroulées sur bobines de diamètre de 22 mm. et chacun a 4000 tours de 0,7 mm (AWG # 21 ou SWG 22) émail ou shellac isolés fil de cuivre massif. Toutes les bobines sont enroulées avec cette grosseur du fil.

Avec cette disposition de la bobine, le prototype a fonctionner en continu pendant trois semaines, le maintien de la batterie d'entraînement à 12,7 volts tout le temps. A la fin des trois semaines, le système a été arrêté afin qu'il puisse être modifié et testé avec une nouvelle configuration. Dans la configuration illustrée ci-dessus, le courant de la batterie d'entraînement dans le circuit est 70 milliampères, qui, à 12,7 volts est une puissance d'entrée de 0,89 watts. La puissance de sortie est soit 40 watts ou à proximité, ce qui est un COP de 45, sans compter le fait que trois batteries 12V supplémentaires sont facturés au même moment. C'est la performance très impressionnante pour le circuit. Cependant, ces trois batteries supplémentaires pourraient probablement supporter des charges identiques, augmentant la puissance à 160 watts ou COP = 180 sans aucune modification à tous, mais à ce moment, qui n'a pas été testé et le circuit est soumis à d'autres tests et modifications. Même en utilisant un onduleur 24V à travers deux des quatre batteries devrait donner une sortie améliorée avec 80 watts de puissance utilisable.

Encore une fois, nos remerciements vont au promoteur pour partager librement cet important circuit qui il a développé et pour ses futures modifications, dont la première est représentée ici :


Dans cet agencement, la bobine "B" est également puisé par le transistor et la sortie des bobines autour du rotor est maintenant dirigé vers le convertisseur de sortie. La batterie d'entraînement a été éliminé et un transformateur 30V de faible puissance et de la diode courir à partir de la sortie de l'onduleur remplace. Spinning le rotor génère une charge suffisante sur le condensateur pour obtenir le fonctionnement du système sans batterie. La puissance de sortie est maintenant passé à 60 watts, ce qui est une amélioration de 50%. Les trois batteries de 12 volts ont également été éliminés, et le circuit peut fonctionner avec une seule pile. Puissance de sortie continue à partir d'une seule batterie qui n'a jamais besoin d'être rechargée est une situation très satisfaisante.

L'avance suivante est un arrangement de circuit utilisant un capteur à effet Hall et un transistor FET:


Ce circuit a une sortie continue de 150 watts et utilise trois batteries de 12 volts. Les deux premières batteries sont utilisées, l'une pour alimenter le circuit tandis que la seconde est en train d'être rechargée à travers trois diodes câblées en parallèle pour améliorer le flux de courant de recharge. Le commutateur inverseur bidirectionnel bipolaire "RL1" permute les batteries toutes les quelques minutes en utilisant le circuit illustré ci-dessous. Cette technique maintient les deux batteries complètement chargées.

Le courant de recharge circule également à travers un deuxième ensemble de trois diodes câblées en parallèle, rechargeant la troisième batterie de 12 volts qui alimente l'onduleur qui alimente la charge. La charge d'essai était une ampoule de 100 watts et un ventilateur de 50 watts. Le capteur à effet Hall pilote un transistor C5353 mais tout transistor à commutation rapide tel qu'un transistor BC109 ou un transistor 2N2222 peut être utilisé. Vous remarquerez que toutes les bobines sont maintenant entraînées par le FET IRF840. Le relais utilisé pour la commutation est un type à accrochage tel que celui-ci:


Et il est piloté par une minuterie de courant ILC555N faible comme ceci:


Les condensateurs représentés en bleu sont choisis pour faire fonctionner le relais physique réel qui est utilisé dans le circuit. Ils donnent au relais une brève impulsion de commutation toutes les cinq minutes environ. Les résistances 18K à travers les condensateurs doivent purger la charge du condensateur pendant les cinq minutes lorsque le temporisateur est dans son état alternatif.

Cependant, si vous souhaitez éviter de basculer entre les batteries, le circuit peut être arrangé de cette façon:


Ici, la batterie qui alimente l'onduleur qui alimente la charge est augmentée en capacité et alors que le développeur utilisait deux de ses 7 piles-heure, vous pouvez utiliser une batterie 12 volts 12 Amp-heure standard destinée à un scooter de mobilité. Toutes les bobines sauf une sont utilisées pour fournir du courant à la batterie de sortie et la bobine restante, qui fait partie de la bobine principale à trois brins, est utilisée pour alimenter directement la batterie d'entraînement.


Mise à jour en avril 2018 :
Tandis que la bobine de fil torsadée à trois brins préparée pour la commutation de type Bedini était utilisée à la fois pour l'entraînement et la sortie, il n'était plus nécessaire d'utiliser une bobine de ce type et une bobine enroulée en hélice ordinaire contenant 1500 grammes de 0,71 mm de diamètre. le fil de cuivre émaillé aurait été tout aussi efficace. Le développement s'est poursuivi et le circuit suivant a très bien fonctionné :


Dans cette version du circuit, un relais non verrouillable de 12 volts est utilisé. Le relais dessine normalement 100 milliampères à 12 volts mais une résistance de 75 ohms ou de 100 ohms en série abaisse ce courant à environ 60 milliampères. Ce courant n'est tiré que la moitié du temps car le relais n'est pas mis sous tension lorsque les contacts "normalement fermés" sont utilisés. Le système se comporte très bien comme auparavant.

Cependant, le développeur sud-africain aimerait bien omettre l'onduleur principal, et il préfère donc l'arrangement suivant. Cette version alimente les circuits de commande via un onduleur CC-CC ordinaire qui fournit une tension supplémentaire au transistor IRF840 et le circuit fonctionne très bien avec cette configuration :


Le développeur souligne que le circuit fonctionne de manière non intuitive. Tout d'abord, la performance est quelque peu réduite si le rotor tourne plus vite, ce qui n'est pas du tout évident. Ensuite, il a été trouvé que l'utilisation d'aimants en ferrite produit une meilleure performance que l'utilisation des aimants en néodyme plus forts. Il le voit comme les impulsions de la bobine étant un mécanisme pour empêcher «cogging» ou traînée vers l'arrière sur les aimants de rotor de passage.

C'est la même chose que Robert Adams a trouvé avec son moteur / générateur haute performance. Dans la conception de Robert, le rotor a été attiré par les noyaux de fer de ses bobines, faisant de son moteur essentiellement un moteur à aimant permanent. Certes, le rotor de Robert a eu des poussées supplémentaires du courant dans ses bobines de sortie qui ont été coupées exactement au bon moment, mais cela impliquait un niveau de complexité de conception un peu plus élevé. Bien qu'il n'y ait aucune affirmation officielle que cette conception sud-africaine est en fait un moteur / générateur à aimant permanent, il est difficile de ne pas voir une partie de sa performance provenir directement des aimants eux-mêmes.

Enfin, le design que le designer préfère le plus est celui qui n'a pas d'onduleur ou de convertisseur et qui peut alimenter toute charge ordinaire de 12 volts :


La sortie (marquée "12V Load") est en fait une batterie de 12 volts qui n'a jamais besoin d'être rechargée et qui peut alimenter tout petit équipement typique de 12 volts tel qu'un éclairage, un ventilateur, un ordinateur ou autre. Vous remarquerez que la triple bobine est maintenant représentée comme une seule bobine enroulée en hélice avec un fond ombré car il n'y a plus besoin d'une bobine triple enroulée car la commutation de style Bedini n'est plus utilisée. Permettez-moi de souligner que les cinq bobines entraînées par le transistor FET IRF840 sont représentées dans une rangée horizontale juste pour plus de clarté. En réalité, ils sont espacés uniformément autour du rotor, c'est-à-dire à des espacements de 72 degrés autour du rotor. Il n'y a rien de spécial à avoir cinq aimants dans le rotor et ce nombre pourrait être six, huit, dix ou douze aimants s'il y a de la place pour les bobines correspondantes autour du rotor.

À l'heure actuelle (avril 2018), c'est là que le développeur a atteint et il considère que le circuit montré ci-dessus est très satisfaisant pour ses besoins. Alors, laissez-moi (Patrick Kelly) faire quelques suggestions non testées qui sont destinées à être utiles pour les réplicateurs de la conception. Le rotor tourne rapidement à environ 2500 tr / min (variant de 2000 à 3000 tr / min en fonction de la charge et de la tension d'alimentation). C'est environ 42 tours par seconde. Comme il y a cinq aimants dans le rotor, cela produit environ 208 impulsions par seconde.

Il est essentiel que le rotor lui-même soit réalisé de manière très précise afin qu'il n'y ait pas de déséquilibre et que les forces de vibration ne soient pas générées par la rotation. Le développeur a utilisé un tour pour produire un rotor parfait, mais cette option n'est généralement pas disponible pour la plupart des gens. J'ai suggéré de mouler un rotor en utilisant de la résine époxy, mais il a été souligné que vous devez avoir une surface exactement horizontale pour cela ou que le rotor aura une épaisseur inégale qui serait désastreuse. Si vous avez accès à une grande imprimante 3D, un bon rotor pourrait être construit. Un réplicateur montre son rotor comme ça :



Ce rotor imprimé en 3D est fabriqué en deux moitiés qui sont ensuite boulonnées ensemble.

Le développeur a continué à faire progresser son design. L’une des choses qu’il n'aimait pas était le fait que les cinq bobines utilisées nécessitaient au total quelque 1640 mètres de fil, de sorte que des bobines plus petites étaient construites. Ce nouvel arrangement fonctionne de manière spectaculaire et chaque nouvelle bobine a une longueur totale de seulement 22 mètres, soit moins d’un douzième de la longueur de fil précédente. La taille du fil reste de 0,711 mm de diamètre de fil (swg 22 ou AWG # 21) et chaque nouvelle bobine est enroulée sur un noyau de boulon en fer de 6 mm de diamètre et les enroulements couvrent une longueur de 24 mm le long du boulon sur ce qui donne une longueur totale de 30 mm et le bobinage terminé est de 27 mm de diamètre. Il y a douze couches de fil de 0,71 mm de diamètre sur chaque bobine.

Ces nouvelles bobines sont connectées en deux groupes de cinq en série, ce qui donne une résistance continue d'environ 4 ohms pour chaque chaîne de cinq bobines. Les pics de tension générés lorsqu'un ensemble de cinq bobines est désactivé est supérieur à 500 volts. Le fil dans chaque bobine pèse 70 grammes. Les bobines ressemblent à ceci:



Et ils sont dessinés comme ceci:



Les deux séries de cinq bobines en série sont connectées dans des directions opposées, comme indiqué ci-dessus. Le début du jeu de bobines indiqué en bleu et le fini du jeu de bobines en rouge sont connectés au plus de la batterie. Cela fait circuler le courant dans des directions opposées dans chaque jeu de cinq bobines et si un ensemble a un pôle nord face au rotor, alors l'autre ensemble aura un pôle sud face au rotor. Les bobines sont alternées autour du rotor comme ceci:



Les dix bobines sont pulsées au même instant et cet instant est prévu pour se produire lorsqu'un aimant du rotor se trouve entre les deux bobines opposées. Une bobine repousse l'aimant et l'autre bobine tire le même aimant vers elle. Ceci est très efficace avec le rotor qui tourne si vite que le développeur le décrit comme étant «effrayant» et il doit le fixer à l’établi à cause de la puissance générée.

Une autre raison pour laquelle la puissance augmente est que maintenant, la conception utilise deux capteurs à effet Hall (à la bobine 1 et à la bobine 4 dans le diagramme ci-dessus) et donne dix impulsions par rotation par opposition aux cinq premières impulsions par rotation . Le circuit de commande est très simple en effet.

Le développeur utilise maintenant une méthode différente pour monter les dix bobines de sorte qu'il y ait plus d'espace pour accéder aux capteurs à effet Hall pour l'ajustement. La bague de montage supérieure en bois et en acrylique se retire facilement en desserrant seulement quatre vis:



Les petites bobines sont maintenues en place par des serre-câbles et sont faciles à retirer. Chaque bobine a une résistance de 0,8 ohms et les noyaux sont des boulons standard en fer galvanisé de 6 mm de diamètre qui ne retiennent pas le magnétisme, c’est-à-dire qu’ils ne deviennent pas des aimants permanents L'ensemble des dix bobines montées autour du rotor ressemble à ceci:



Rappelez-vous que les bobines sont montées sur leur propre anneau de support et peuvent donc être traitées comme une seule unité. C'est très pratique.

Dans l'image suivante, la boîte d'allumettes à droite de l'image est là pour vous donner une bonne idée de la taille de l'unité:



L'espace de travail laissé libre autour du rotor est beaucoup plus grand que celui disponible dans les modèles précédents:



Il est important de comprendre que si le rotor de 110 mm de diamètre a cinq aimants situés à intervalles réguliers autour de sa circonférence, il y a maintenant dix bobines sur le stator environnant et il y a maintenant dix impulsions par tour. Ces impulsions sont puissantes et lorsque le courant est coupé, chaque chaîne de cinq bobines génère des pics de 600 volts (même si cela peut parfois atteindre 900 volts).

Dans cette dernière conception, chaque bobine est câblée en sens inverse afin de présenter un pôle sud à l’aimant du rotor, et il y a maintenant deux capteurs à effet Hall, un juste avant l’aimant du rotor et un juste après l’aimant du rotor. Cela permet un circuit simplifié avec un seul transistor comme celui-ci:



Cependant, même si ce circuit fonctionne très bien, le concepteur préfère le circuit suivant et, bien qu'il comporte un plus grand nombre de composants, il présente l'avantage d'avoir deux sorties distinctes:



À l'heure actuelle, ce circuit peut charger des batteries de 12 V ou 24 V ou alimenter un onduleur de 12 V connecté sur une batterie de 12 V ou un onduleur de 24 V connecté sur une batterie de 24 V. Une version de ce circuit avec moins de composants qui fonctionne très bien est la suivante:






Patrick Kelly
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