Conception d’un générateur triphasé 2
Introduction
Après l’échec de mon premier générateur, je suis tombé sur 2 alternateurs HS de voiture en vente pour 10€ chacun. Bien entendu, je les achètes et les démontes.
Bonne surprise, chacun d’eux à un stator parfaitement adapté à mon projet d’alternateur triphasé. Une très forte section, et une résistance très faible de 1 ohm. Exactement ce que je cherchais.
Sale et rouillé, un peu de restauration fut nécessaire.
Conception de la coque
On commence par concevoir une coque adaptée, ce qui permettra ensuite de faire passer un axe et un rotor afin de démarrer les tests.
Conception du rotor
Cette fois il s’agit d’un rotor à 12 pôles. On adapte le rotor précédent et on fais quelques mesures.
Les résultats sont concluants, on a déjà un voltage malgrès la faible puissance magnétique de ce rotor. Par contre cette fois, vu le peu de spires des bobinages, il faut une rotation relativement rapide pour le voir. Pour cela on utilise une ficelle que l’on tourne autour de l’axe et que l’on tire fort.
Il est temps de faire un rotor plus conséquent. Je n’ai malheureusement pas d’aimants carrés, qui permettraient de faire un halbach array. Je vais donc me contenter de faire un rotor constitué de 4 tranches équivalentes au premier test.
Cablage
Le stator étant à la base conçu pour sortir un fort ampérage, il y a 6x2 fils de sortie, qui sont au final 2 fois les 3 phases mises en parallèle. Comme on veut un voltage plus élevé pour des RPM faibles autant que possible, on va donc mettre ces bobinages en série afin de doubler le voltage à la place de l’intensité. A part ça, le câblage est en étoile, et une phase complète fait 2.2 ohms.
Mesures et calculs
En utilisant la technique de la ficelle pour obtenir des RPM relativement élevés, on mesure 32Vpp soit ~11Vrms:
PowerMax = 1/2 ⋅ V² / (R + R) = 1/2 ⋅ 11² / 4.4 = 13.75
PowerMax3phase = 3⋅PowerMax = ~41W
Ce générateur est donc beaucoup plus puissant que les précédents, et a l’avantage de générer un fort courant en plus d’un voltage tout à fait correct.
Le test de la charge en reliant les 3 fils entre eux est aussi concluant, le rotor devient beaucoup plus difficile a tourner. On peut passer a la suite.
Démultiplication
Maintenant, on veut pouvoir obtenir des RPM plus élevés avec une rotation manuelle. La première étape est donc de faire un système de manivelle. J’ai une rape à légumes qui par chance possède une manivelle amovible. Je fais donc un adaptateur pour mon générateur.
Après quelques mesures, sans système pour augmenter la vitesse de rotation, on arrive à du 120RPM max en tournant vite, et du 80RPM en rotation moyenne. A cette vitesse on fait du 5Vpp, soit ~0.35W théoriques. Ce qui est beaucoup trop peu, il faut donc concevoir un système de rouages pour accélérer le mouvement le plus possible sans que la force a appliquer devienne trop grande.
L’idée est d’ajouter une extension à la coque, pour pouvoir fixer un second axe qui permettra de faire un système de démultiplication.
On va partir sur 3 palliers de ratio 3, afin d’obtenir un facteur 27 au total. Ce qui permettrait en théorie, d’avoir dans les 1600 RPM sur le générateur si on arrive a tenir la cadence de 60 RPM avec la manivelle.
Rouages
La première chose afin de pouvoir faire un système de rouage, est de faire un système d’attache au générateur. Pour économiser du temps et du plastique, et parce que le rendu est plutôt cool, je fais un système d’exosquelette à fixer sur le générateur.
Ce qui donne une fois imprimé:
On peut maintenant fixer un axe supplémentaire sur lequel viendront se fixer des rouages.
Avec ce premier pallier, on atteint 14Vpp pour 360RPM, soit ~8W théoriques.
Finalisation
Une fois les trois palliers ajoutés, on à une démultiplication de 27. Je ne m’en rendais pas compte sur le coup, mais cela fait en fait beaucoup.
Voici le générateur avec le système de démultiplication au complet:
Avec autant de démultiplication, la manivelle devient inutilisable sans fixer le générateur. Même en tenant bien le générateur, elle est vraiment difficile à tourner, surtout en continu. Pour bien faire il en faut donc une bien plus grande, et faire un système de fixation rigide pour pouvoir appliquer une grosse force continue.
En l’état, en tenant le générateur d’une main, je n’ai pas réussi à obtenir plus de 11Vrms (40 watts théoriques) en non continu. Et tout cela à vide. En connectant les phases entre elles, je ne pense même pas qu’il serait possible de tourner la manivelle.
Conclusion
Ce générateur basé sur un stator d’alternateur semble avoir fait ses preuves. Malgrè le rotor avec des aimants pas du tout adaptés, il permet d’obtenir un courant et une tension assez élevés pour de nombreuses applications. La démultiplication de vitesse par 27 était par contre une erreur, car il devient alors trop difficile à utiliser sans attaches ni structure.
Reste aussi à faire des comparaisons avec de “vrais” générateurs. En effet de nombreux modèles commerciaux ont un stator au centre et un rotor à l’extérieur, ce qui à de plusieurs avantages:
- plus de place pour la surface des aimants, donc un plus fort champ magnétique possible
- la force centrifuge tire les aimants vers l’extérieur, et donc ils ne risqueront pas de toucher le stator même en cas de problème
- de ce fait ils sont généralement plus compacts, et donc adaptés à des systèmes de petites éoliennes
La suite se concentrera sur ce genre de mesures, et peut-être un jour sur une structure solide pour le générateur, avec un vrai rotor, et une démultiplication moins exagérée.
To be continued…