Una Guía Práctica de Dispositivos de Energía Libre                                                                                                              Autor: Patrick J. Kelly

Capítulo 19: Un Pequeño Generador Autoamplificado

Un desarrollador de energía libre que trabaja en Sudáfrica, donde es difícil encontrar componentes electrónicos, ha compartir muy amablemente los detalles de su generador de autoalimentado compacto por lo que se puede construir uno si decide hacerlo. El uso de un pequeño inversor, la salida del prototipo es de 40 vatios a la tensión de red y la frecuencia y el generador es una unidad de sobremesa pequeña que no es difícil de construir. El generador utiliza cinco de 12 voltios 7 baterías de plomo-ácido de amperios-hora pequeñas como esta:



Si bien esto suena como un montón de pilas, tenga en cuenta que este es un generador que tiene una salida eléctrica continua, día y noche, y las baterías no tienen que ser cargadas - un poco como un panel solar que trabaja por la noche, así como durante El dia. Incluso si usted no está familiarizado con los diagramas de circuitos electrónicos (capítulo 12 puede arreglar eso para usted si usted quiere), intenta seguir a lo largo ya que corremos a través del esquema de conexiones y explicar cómo funciona el generador. Este es el diagrama del circuito:



La batería marcada poderes "A" del circuito. Un rotor "C", que contiene cinco imanes se mueve de modo que uno de los imanes pasa cerca de las bobinas. Las bobinas establecidos "B" tiene tres bobinas especialmente la herida y el imán se mueve más allá de esas tres bobinas genera una pequeña corriente en número bobina "1", que fluye entonces a través de la resistencia "R" y en la base del transistor, haciendo que se encender. El poder que fluye a través de la bobina de transistor "2" hace que se convierta en un imán y que empuja el disco de rotor "C" en su camino, manteniendo el giro del rotor. También induce una corriente en el devanado de "3", y que la corriente es rectificada por los diodos azules y pasa de nuevo para cargar la batería "A", en sustitución de la corriente extraída de que la batería.

Cuando el imán en el rotor "C" pasa lejos de las bobinas, el transistor se apaga, moviendo su tensión de colector muy rápidamente hasta la línea de 12 voltios, hambrientos bobina "2" de la corriente. Debido a la forma en que las bobinas son, la bobina arrastra la tensión de colector en un máximo y sería llegar a los 200 voltios o más si no se conecta a través del diodo rojo a los cinco baterías que están conectados en una cadena larga. Las baterías tendrán una tensión combinada de poco más de 60 voltios (por eso se usa un potente y de conmutación rápida, de alta tensión T13009 transistor. A medida que la tensión de colector pasa a la tensión de la cadena de la batería del diodo rojo comienza a conducir, pasando la energía disponible en la bobina en la cadena de la batería. ese impulso de corriente pasa a través de los cinco baterías, la carga de todos ellos. el voltaje más alto causado por tantas baterías significa que la energía más alta se alimenta a todas las baterías de bobina "2". sin apretar hablar, que es el diseño del generador.

En el prototipo, la carga de la prueba a largo plazo era una niña de doce voltios 150 vatios convertidor de encender una bombilla de 40 vatios:



A continuación, el diseño básico se muestra arriba se modificó por la adición de dos bobinas de salida adicionales:



Bobinas "B", "D" y "E" son todos activa al mismo tiempo por tres imanes diferentes. La energía eléctrica producida en las tres bobinas se pasa a los cuatro diodos azules para producir una fuente de alimentación de CC que se utiliza para cargar la batería "A" que alimentan el circuito. Esa entrada adicional a la batería de la unidad y la adición de dos más bobinas de paseo al estator, hace que el sistema funcione de forma segura como fuente de alimentación propia, manteniendo el voltaje de la batería "A" de forma indefinida.

La única parte móvil de este sistema es el rotor que es de 110 mm de diámetro y es un disco de acrílico 25 mm de espesor montado sobre un cojinete tomado de una unidad de disco duro del ordenador de edad. La disposición tiene el siguiente aspecto:





En las imágenes, el disco parece ser hueca, pero en realidad es de plástico sólido, muy claro. El disco se ha perforado en cinco puntos espaciados uniformemente alrededor de la circunferencia, es decir, a intervalos de 72 grados. Los cinco agujeros principales perforados en el disco son de tomar los imanes que son conjuntos de nueve imanes de ferrita circulares, cada una de 20 mm de diámetro y 3 mm de espesor, por lo que cada pila de imanes 27 mm de largo y 20 mm de diámetro. Las pilas de imanes se colocan de manera que sus polos norte se enfrentan hacia el exterior. Una vez instalados los imanes, el rotor se coloca dentro de una franja de tubo de plástico que impide que los imanes se escapan cuando el disco se hace girar rápidamente. El tubo de plástico está fijado al rotor utilizando cinco tornillos de cabeza avellanada.

La brecha entre el rotor y las bobinas se puede establecer como cualquier cosa de 1 mm a 10 mm, como las bobinas han ranurado se monta como puede verse en esta imagen de una versión anterior del generador:



Nótese la forma en que los soportes de bobinas permiten que la distancia entre las bobinas y el rotor a ser cambiado. La brecha de trabajo entre el rotor y las bobinas se puede ajustar de manera que el rendimiento se puede maximizar mediante la búsqueda de la brecha más eficaz.

Los carretes de las bobinas son 80 mm de largo y los extremos son de 72 mm de diámetro. El eje central de cada bobina está hecho de un trozo de tubo de plástico con un diámetro exterior 20 mm y un diámetro interior de 16 mm. dando un espesor de pared de 2 mm. Después de ser de la herida, que el diámetro interior se llena con una serie de varillas de soldadura con su recubrimiento de soldadura retiradas, y que luego están encerradas en resina de poliéster, aunque una barra sólida de hierro dulce es una buena alternativa:






Los tres hilos de alambre que forman bobinas "1", "2" y "3" son alambre de 0,7 mm de diámetro y están trenzados entre sí para convertirse en un cable "Litz" antes de ser arrollado en la bobina "B". Esto produce un hilo de alambre de material compuesto mucho más gruesa, que es fácil de enrollar con precisión en el carrete. La bobinadora se muestra arriba utiliza un mandril para sujetar el núcleo de la bobina para enrollar, pero cualquier bobinadora sencilla funcionará bien.

El desarrollador hace el Litzing estirando tres hilos de alambre, cada uno proveniente de una de 500 gramos por separado carrete de alambre. Las tres hebras se sujetan en cada extremo con los alambres en contacto entre sí en cada extremo y con tres metros entre las abrazaderas. A continuación, los cables se sujetan en el medio y 80 vueltas aplicadas al medio. Eso le da 80 vueltas para cada una de las dos longitudes de 1,5 metros mantenidas entre las abrazaderas. El alambre retorcido se enrolla en un carrete a improvisada para mantenerla ordenada como esta torsión tiene que ser repetido 46 veces más como el contenido completo de los carretes de alambre serán necesarios para esta bobina uno compuesto



Las siguientes 3 metros de los tres alambres ahora se sujeta y 80 vueltas aplicadas al punto central, pero esta vez las vueltas se aplican en la dirección opuesta. Sigue siendo el mismo 80 vueltas, pero si el último tramo era 'hacia la derecha', entonces este tramo de alambre se volvieron 'a la izquierda'. Esta alternancia de dirección proporciona un conjunto acabado de hilos trenzados en el sentido de giro se invierte cada 1,5 metros a lo largo de la longitud. Esa es la forma en que se hace de alambre Litz producido comercialmente, pero tengo serias dudas de que el rendimiento resultante es mejor que si la dirección del viento nunca fue cambiado y el alambre retorcido tenía el mismo sentido de giro a lo largo de toda su longitud.

Este muy buen grupo de cables trenzados ahora se utiliza para enrollar la bobina. Se perfora un agujero en una pestaña de carrete, justo al lado del tubo y el núcleo central, y el comienzo del alambre alimentado a través de él. El alambre es luego se inclinó fuertemente a 90 grados y se alimenta alrededor del eje del carrete para iniciar el arrollamiento de la bobina. El conjunto de cable se enrolla con cuidado de lado a lado a lo largo de la longitud del eje de la bobina y habrá 51 vueltas en cada capa y la siguiente capa se enrolla directamente en la parte superior de la primera capa, se mueve de nuevo hacia el principio. Asegúrese de que las vueltas de esta segunda capa se sientan exactamente en la parte superior de las vueltas por debajo de ellos. Esto es fácil de hacer como el conjunto de cable es lo suficientemente gruesa como para hacer el posicionamiento muy fácil. Si lo prefiere, un único espesor de papel blanco puede ser colocado alrededor de la primera capa, para que sea más fácil ver la segunda capa cuando se enrolla. Habrá 18 de estas capas para completar la bobina, que entonces pesan 1,5 kilogramos y en 2016 los precios en el Reino Unido, el alambre en esta bobina tendrá un costo de £45 y las miradas sinuosas como este:



Esta bobina completado ahora contiene tres bobinas separadas en proximidad muy cercana entre sí y que arreglo es excelente cuando una bobina se enciende, para la inducción de la energía en las otras dos bobinas. Este arrollamiento ahora contiene bobinas de 1,2 y 3 del diagrama del circuito. No hay necesidad de preocuparse por el marcado de los extremos de cada hilo de alambre como un simple óhmetro le dirá cual dos extremos han devanado entre ellos.

Bobina 1 se utiliza como la bobina de disparo que conmuta el transistor en en el instante correcto. Bobina 2 es la bobina de accionamiento que es accionado por el transistor, y la bobina 3 es la primera de las bobinas de salida:



Debido a las bobinas que ya estaban a mano durante el desarrollo de este sistema de gran éxito, bobinas 4 y 5 son simples bobinas helicoidales arrolladas cableados en paralelo con la bobina de accionamiento 2. Alzan la unidad y que son necesarios. Bobina 4 tiene una resistencia CC de 19 ohmios y bobina 5 una resistencia de 13 ohmios. Sin embargo, la investigación está en marcha en la actualidad para determinar la mejor combinación de la bobina para este generador y es probable que las bobinas adicionales serán la misma que la primera bobina, la bobina "B" y que todas las tres bobinas están conectados de la misma manera y la la conducción de bobinado en cada bobina impulsada por el potente transistor, rápido. La presente disposición tiene el siguiente aspecto:



Los dos países pueden ser ignorados, ya que eran sólo para la investigación de formas alternativas de activación del transistor y que ya no se utilizan.

En este momento, las bobinas 6 y 7 son bobinas de salida adicionales conectados en paralelo con la bobina de salida 3. Pueden ser de núcleo de aire o tener un núcleo de hierro sólido. Las pruebas indican que la versión de núcleo de aire funciona ligeramente mejor que tener un núcleo de hierro. Estos dos bobinas se enrollan en carretes 22 mm de diámetro y cada uno tiene 4000 vueltas de 0,7 mm (AWG # 21 o 22 SWG) esmalte o laca aislar cables de cobre sólido. Todas las bobinas están enrolladas con este tamaño de alambre.

Con esta disposición de bobinas, el prototipo ha funcionar continuamente durante tres semanas, el mantenimiento de la batería en la unidad 12.7 voltios todo el tiempo. Al final de las tres semanas, el sistema se detiene de modo que pudiera ser alterada y se prueba con una nueva configuración. En la configuración mostrada anteriormente, la corriente que fluye de la batería tendencia en el circuito es de 70 miliamperios, que en 12,7 voltios es una potencia de entrada de 0,89 vatios. La potencia de salida es de 40 vatios o cerca de ella, que es un COP de 45, sin contar el hecho de que tres baterías de 12 V adicionales se están cargando al mismo tiempo. Eso es muy impresionante rendimiento para el circuito.

Una vez más, nuestro agradecimiento a la promotora para compartir libremente este circuito más importante que desarrolló y por sus futuras modificaciones, la primera de las cuales se muestra aquí:


En esta disposición, la bobina "B" también es pulsada por el transistor y la salida de las bobinas alrededor del rotor ahora se dirige al convertidor de salida. La batería de la unidad ha sido eliminado y un transformador de 30V de baja potencia y el diodo ejecuta desde la salida del inversor lo reemplaza. Haciendo girar el rotor genera suficiente carga en el condensador para obtener el sistema en funcionamiento sin batería. La potencia de salida tiene.

Ahora aumentado a 60 vatios, que es una mejora del 50%. Los tres baterías de 12 voltios también se han eliminado, y el circuito puede funcionar con una sola batería. Potencia de salida continua desde una única batería que nunca necesita ser recargada es una situación muy satisfactoria.

El siguiente avance es una disposición de circuito que utiliza un sensor de efecto Hall y un transistor FET. El sensor de efecto Hall está alineado exactamente con los imanes. Es decir, el sensor se coloca entre una de las bobinas y el imán del rotor. Hay un espacio libre de 1 mm entre el sensor y el rotor y la disposición se ve así:



O cuando la bobina está en posición, la vista desde arriba es así:




Este circuito tiene una salida continua de 150 vatios y utiliza tres baterías de 12 voltios. Se utilizan las dos primeras baterías, una para alimentar el circuito, mientras que la segunda se está recargando a través de tres diodos conectados en paralelo para mejorar el flujo de corriente de recarga. El interruptor de cambio bidireccional de dos vías "RL1" intercambia las baterías cada pocos minutos utilizando el circuito que se muestra a continuación. Esta técnica mantiene ambas baterías completamente cargadas.

La corriente de recarga también fluye a través de un segundo conjunto de tres diodos conectados en paralelo, recargando la tercera batería de 12 voltios que alimenta el inversor que suministra la carga. La carga de prueba era una bombilla de 100 vatios y un ventilador de 50 vatios.

El sensor de efecto Hall controla un transistor C5353, pero se puede usar cualquier transistor de conmutación rápida, como un transistor BC109 o 2N2222. Notarás que todas las bobinas ahora están siendo impulsadas por el IRF840 FET. El relé utilizado para la conmutación es un tipo de enganche como este:


Y es impulsado por un temporizador ILC555N de bajo consumo de corriente como este:


Los condensadores que se muestran en azul se eligen para operar el relé físico real que se usa en el circuito. Le dan al relevador un breve impulso de conmutación cada cinco minutos más o menos. Las resistencias de 18K a través de los condensadores deben purgar la carga del condensador durante los cinco minutos cuando el temporizador está en su estado alternativo.

Sin embargo, si desea evitar cambiar entre baterías, el circuito se puede arreglar de esta manera:


Aquí, la batería que alimenta el inversor que suministra la carga aumenta su capacidad y mientras el desarrollador usó dos de sus baterías de 7 Amp-Hour, puede usar una batería estándar de 12 voltios y 12 amperios hora para un scooter de movilidad. Todas menos una de las bobinas se utilizan para suministrar corriente a la batería de salida y la única bobina restante, que es parte de la bobina principal de tres hilos, se utiliza para suministrar la batería de accionamiento directamente.

El diodo 1N5408 es un componente de 100 voltios de 3 amperios. Los diodos que no se muestran con un número de tipo en contra de ellos pueden ser cualquier diodo en el rango de diodos 1Nxxx.

Las bobinas que se muestran conectadas al transistor FET IRF840 están ubicadas físicamente alrededor de la circunferencia del rotor. Hay cinco de estas bobinas, ya que el sombreado gris indica que las tres bobinas más a la derecha son los hilos separados de la bobina compuesta principal de 3 hilos que se mostró en los circuitos anteriores.


Actualización en abril de 2018:
Mientras que la bobina trenzada de tres hilos preparada para la conmutación al estilo Bedini se usó tanto para el accionamiento como para la salida, en realidad ya no era necesario usar una bobina de ese tipo y una bobina helicoidal ordinaria que contenía 1500 gramos de 0,71 mm de diámetro. el alambre de cobre esmaltado habría sido igual de eficaz. El desarrollo ha continuado y se ha encontrado que el siguiente circuito funciona muy bien:


En esta versión del circuito, se utiliza un relé sin bloqueo de 12 voltios. El relé normalmente consume 100 miliamperios a 12 voltios, pero una resistencia de 75 ohmios o de 100 ohmios en serie reduce esa corriente a aproximadamente 60 miliamperios. Esa corriente solo se genera durante la mitad del tiempo ya que el relé no se enciende cuando se usan los contactos "normalmente cerrados". El sistema se potencia a sí mismo muy satisfactoriamente como antes.

Sin embargo, al desarrollador sudafricano le gustaría omitir el inversor de red, por lo que prefiere la siguiente disposición. Esta versión alimenta los circuitos del variador a través de un invertebrado común de CC a CC que proporciona voltaje adicional al transistor IRF840 y el circuito funciona muy bien con esta configuración:


El desarrollador enfatiza que el circuito opera de una manera no intuitiva. En primer lugar, el rendimiento se reduce algo si el rotor gira más rápido, algo que no es nada obvio. Luego se descubrió que el uso de imanes de ferrita produce un mejor rendimiento que el uso de los imanes de neodimio más fuertes. Él lo ve como los pulsos de la bobina como un mecanismo para evitar el "engranaje" o arrastre hacia atrás sobre los imanes del rotor que pasan.

Esto es lo mismo que Robert Adams encontró con su motor / generador de alto rendimiento. En el diseño de Robert, el rotor fue atraído por los núcleos de hierro de sus bobinas, haciendo que su motor sea esencialmente un motor de imán permanente. Hay que admitir que el rotor de Robert recibió impulsos adicionales de la corriente en sus bobinas de salida que se desconectaron en el instante correcto, pero eso implicó un nivel de complejidad de diseño algo mayor. Si bien no existe un reclamo oficial de que este diseño sudafricano sea en realidad un motor / generador de imán permanente, es difícil no ver que parte de su desempeño provenga directamente de los propios imanes.

Finalmente, el diseño que más le gusta al diseñador es este que no tiene inversor o convertidor y que puede alimentar cualquier carga ordinaria de 12 voltios:


La salida (marcada como "Carga de 12 V") es efectivamente una batería de 12 voltios que nunca necesita recargarse y que puede alimentar cualquier equipo pequeño típico de 12 voltios, como iluminación, un ventilador, una computadora o lo que sea. Notará que la bobina triple ahora se muestra como una única bobina enrollada helicoidalmente con un fondo sombreado ya que ya no hay necesidad de una bobina enrollada triple ya que la conmutación al estilo Bedini ya no se usa. Permítanme enfatizar que las cinco bobinas impulsadas por el transistor IRF840 FET se muestran en una fila horizontal solo para mayor claridad. En realidad, están espaciados uniformemente alrededor del rotor, es decir, a un espaciado de 72 grados alrededor del rotor. No hay nada especial en tener cinco imanes en el rotor y ese número podría ser de seis, ocho, diez o doce imanes si hay espacio para las bobinas correspondientes alrededor del rotor.

En este momento (abril de 2018), aquí es donde el desarrollador ha llegado y considera que el circuito mostrado anteriormente es muy satisfactorio para sus necesidades. Entonces, permítanme (Patrick Kelly) hacer algunas sugerencias no probadas que pretenden ser útiles para los replicadores del diseño. El rotor gira rápidamente a aproximadamente 2500 rpm (varía de 2000 a 3000 rpm dependiendo de la carga y el voltaje de alimentación). Eso es alrededor de 42 revoluciones por segundo. Como hay cinco imanes en el rotor, eso produce alrededor de 208 pulsos por segundo.

Es esencial que el propio rotor se fabrique con mucha precisión para que no haya desequilibrio y, por lo tanto, la rotación no genere fuerzas de vibración. El desarrollador usó un torno para producir un rotor perfecto, pero esa opción generalmente no está disponible para la mayoría de las personas. Le sugerí que echara un rotor con resina epoxi, pero se indicó que debe tener una superficie exactamente horizontal para eso o que el rotor tendrá un grosor desigual que sería desastroso. Si tiene acceso a una gran impresora 3D, se podría construir un buen rotor. Un replicador muestra su rotor como este:



Este rotor impreso en 3D está hecho en dos mitades que luego se atornillan.

El desarrollador ha continuado avanzando en su diseño. Una de las cosas que no le gustó fue el hecho de que las cinco bobinas utilizadas requerían un total de 1640 metros de cable, por lo que se construyeron bobinas más pequeñas. Esta nueva disposición funciona espectacularmente bien y cada nueva bobina tiene una longitud total de cable de solo 22 metros, que es menos de una doceava parte de la longitud del cable anterior. El tamaño del cable sigue siendo de 0,711 mm de diámetro (swg 22 o AWG # 21) y cada bobina nueva se enrolla en un núcleo de perno de hierro de 6 mm de diámetro y los bobinados cubren una longitud de 24 mm a lo largo del perno que tiene dos bridas de 30 mm de diámetro montadas sobre ella dando una longitud total de 30 mm y el bobinado completado es de 27 mm de diámetro. Hay doce capas del cable de 0,71 mm de diámetro en cada bobina.

Estas nuevas bobinas están conectadas en dos grupos de cinco en serie, dando una resistencia de CC de aproximadamente 4 ohmios por cada cadena de cinco bobinas. Los picos de tensión generados cuando se apaga un conjunto de cinco bobinas son más de 500 voltios. El cable en cada bobina pesa 70 gramos. Las bobinas se ven así:



Y se dibujan así:



Los dos juegos de cinco bobinas en serie están conectados en direcciones opuestas, como se muestra arriba. El inicio del conjunto de bobinas que se muestra en azul y el final del conjunto de bobinas que se muestran en rojo están conectados al positivo de la batería. Esto hace que la corriente fluya en direcciones opuestas en cada conjunto de cinco bobinas y si un conjunto tiene un polo norte frente al rotor, entonces el otro conjunto tendrá un polo sur orientado hacia el rotor. Las bobinas se alternan alrededor del rotor de esta manera:



Las diez bobinas se pulsan en el mismo instante y ese instante está dispuesto a suceder cuando un imán de rotor se encuentra entre las dos bobinas opuestas. Una bobina aleja el imán y la otra bobina tira del mismo imán hacia sí misma. Esto es muy efectivo con el rotor girando tan rápido que el desarrollador lo describe como "aterrador" y tiene que sujetarlo al banco de trabajo debido a la potencia que se genera.

Otra razón por la cual hay un gran aumento en la potencia es que ahora el diseño usa dos sensores de efecto Hall (en la bobina 1 y la bobina 4 en el diagrama anterior) y da diez pulsos por rotación en comparación con los cinco pulsos anteriores por rotación . El circuito de manejo es muy simple.

El desarrollador ahora usa un método diferente de montaje de las diez bobinas para que haya más espacio para acceder a los sensores de efecto Hall para el ajuste. Toda la parte superior de madera y el anillo de montaje acrílico se quita fácilmente aflojando solo cuatro tornillos:



Las pequeñas bobinas se mantienen en su lugar con bridas de cables y son fáciles de quitar. Cada bobina tiene una resistencia de 0.8 ohmios y los núcleos son pernos de hierro galvanizado estándar de 6 mm de diámetro que no retienen el magnetismo, es decir, no se convierten en imanes permanentes sin importar la frecuencia con la que se acarician repetidamente con un fuerte imán permanente. El conjunto de diez bobinas montadas alrededor del rotor se ven así:



Recuerde que las bobinas están montadas en su propio anillo de soporte y pueden manejarse como una sola unidad. Esto es muy conveniente

En la siguiente imagen, la caja de fósforos a la derecha tenía un lado de la imagen para darte una buena idea visual del tamaño de la unidad:



El espacio de trabajo que queda libre alrededor de la parte inferior del rotor es mucho mayor que el disponible en los diseños anteriores:



Es importante comprender que, si bien el rotor de 110 mm de diámetro tiene cinco imanes ubicados a intervalos regulares alrededor de su circunferencia, ahora hay diez bobinas en el estator circundante, y ahora hay diez pulsos por revolución. Estos pulsos son potentes y cuando se corta la corriente, cada cadena de cinco bobinas genera picos de 600 voltios (aunque puede alcanzar 900 voltios en ocasiones).

En este último diseño, cada segunda bobina está conectada en reversa, de modo que presenta un polo sur al imán del rotor, y ahora hay dos sensores de efecto Hall, uno justo antes del imán del rotor y el otro justo después del imán del rotor. Esto permite un circuito simplificado con solo un transistor de accionamiento como este:



Sin embargo, aunque este circuito funciona muy bien, el diseñador prefiere el siguiente circuito, y como tiene un mayor número de componentes, tiene la ventaja de tener dos salidas separadas:



Tal como está, este circuito puede cargar baterías de 12V o 24V o alimentar un inversor de 12V conectado a través de una batería de 12V, o un inversor de 24V conectado a través de una batería de 24V. Una versión de este circuito con menos componentes que funciona muy bien es esta:






Patrick Kelly
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