Ces alternateurs de nouvelle génération sont aussi beaucoup plus performants grâce aux améliorations des aciers
laminés et bobinages (induits et inducteurs) plus efficaces.
Votre choix se portera de préférence sur un alternateur comportant le plus grand nombre possible de pôles rotor et
d'encoches stator. En effet, plus ce nombre est élevé à puissance égale mais marque différente, plus votre
alternateur choisi sera plus performant. Exemples :
Marque A = 12 pôles rotor (6 pôles nord-sud), 36 encoches stator.
Marque B = 14 pôles rotor( 7 pôles nord-sud), 42 encoches stator.
La marque B sera probablement plus performante à basse vitesse compte tenu du nombre plus élevé de pôles du
rotor et encoches du stator. Il est possible avec quelques artifices de modifier un alternateur automobile afin qu'il
s'auto-excite avec ou sans batterie. Nous abordons cette étape plus loin.
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Possibilités avec un alternateur automobile conventionnel :
Il est techniquement possible avec un alternateur 12 volts de produire une tension supérieure à 12 volts. !
Il est techniquement possible d'obtenir du courant alternatif (CA) pour transport d'énergie sur de grandes distances. Il
est techniquement possible de modifier un alternateur pour répondre à des besoins spécifiques autres que la
charge de batteries. Pompage, chauffage, éclairage direct, etc. Voir (Schémathèque.pdf)
L'adaptation requiers cependant une habileté et quelques connaissances en électromécanique ou l’aide d’un ami
plus versé dans ce domaine..
Une hélice éolienne ou un rotor de moulin à vent peut très bien actionner un générateur CC ou un alternateur
automobile, que ces derniers soient modifiés ou non. C'est tant mieux, sauf que peu de petites éoliennes autoconstruites
peuvent tourner au-delà de 800 à 1200 tours/minute sans risques de dommages ou incidents.
Il existe cependant des exceptions avec certaines petites éoliennes commerciales de 1 mètre à 1,60 mètres de
diamètre qui peuvent tourner à près de 2000tm. Voir (Eoliennes commerciales.pdf) et (PALEROTOR.pdf) pour
généralités sur la construction de vos pales.
Avant de passer au côté pratique de l'adaptation l'éolienne de nos rêves, nous devons parler des...
Petits moteurs comme générateurs. (Très faible puissance)
Les moteurs qui se trouvent sur la majorité de nos outils portatifs sont en principe aptes a fonctionner en
générateurs. Pour de très faibles puissances ou tests, les petits moteurs de nos appareils de distraction tels que:
jouets de nos enfants, magnétophones, magnétoscopes (moteurs de tête vidéo par exemple), moteurs pas à pas de
nos disques durs d'ordinateurs mis au rancart....etc.
Ces moteurs sont en général du type série, le courant circulant dans les fils inducteurs et induits est le même.
En général il sont a aimants permanents, ce qui facilite nos expérimentations. D'autres types de bobinages sont
possibles. Voir (générateurs.pdf
L'on rencontre de plus en plus des moteurs CC à aimants permanents ainsi que certains moteurs appelés à
"champs tournants". Ces petits moteurs sont généralement de faible puissance. N'espérez pas de miracles en
fonction générateurs !...
Sous forme de générateurs le rendement de ces petits moteurs sans modifications est modeste, voire médiocre
mais, vous constatez qu'ils produisent en les faisant tourner. Avec des modifications mineures l'on peut extraire de
ces petits moteurs des puissances suffisantes pour de modestes expérimentations ou de jouets éoliens pour les
enfants, petits et grands !
Partie motrice :
En maquette ou mini-mini éolienne une petite hélice de 60 à 80 centimètres de diamètre actionnera sans difficulté
ces très petits moteurs en fonction générateurs ou, alternateurs, sous réserve bien entendu d’un bon vent !.
L'utilisation sera modeste mais suffisante pour charger une petite batterie ou des piles rechargeables, ou allumer
quelques ampoules basse tension et faible wattage. Les LED's modernes sont une utilisation très séduisante.
Pour de plus grandes puissances vous pouvez utiliser des moteurs CC provenant de ventilateurs de radiateur ou
climatisation automobile. Certains de ces engins sont surprenants en fonction générateur, quelquefois sans
modifications.
Par exemple : Un ventilateur auto multi-pales en résine pour radiateur avec son moteur a courant continu peut
constituer une petite éolienne simple. Plusieurs copains utilisent ce type de ventilateur et son moteur SANS modifs
avec un résultat acceptable et construction ultra simple. Une seule remarque. Le profil des pales n'est pas spécifique
à la fonction éolienne. Il vous faudra soit prendre le vent par l'arrière, soit quelquefois inverser le ventilateur afin que la
face plate soit face au vent. A défaut, votre moteur en fonction générateur risque soit de produire une tension avec les
polarités inversées, soit qu'il ne produise pas du tout. L'expérimentation est la clé du succès.
Moteurs et alternateurs à induction
Il existe d'autres types de moteurs spécifiques qui sont actionnés par des courants alternatifs de 50 ou 60 Hertz (ou
cycles) jusqu'à plus de 400 Hertz (aviation notamment). Certains de ces moteurs peuvent devenir des alternateurs
avec quelques modifications et astuces. En fonction "moteur", l'engin reçoit une tension triphasée. En fonction
"alternateur", trois condensateurs sont ajoutés au circuit. L'on fait tourner l'engin avec une vitesse de 5 à 10 % plus
élevée qu'en fonction moteur. L' auto induction se fait en principe à vide, c'est à dire sans charge. Une fois la tension
établie, la charge peut être appliquée. Certaines éoliennes notamment DARRIEUS sont équipées de tels
moteurs/générateurs . Au début du fonctionnement l'engin est utilisé comme moteur pour lancer l'éolienne. Dès que
celle-ci a atteint sa vitesse de rotation de "croisière" le moteur devient alternateur synchrone ou asynchrone suivant le
type utilisé. Image en page suivante.
Le calcul des condensateurs pour la fonction
"alternateur" est simple:
Calculez en divisant le courant (ampères) utilisé en
fonction moteur par 6,26 (2 * PI) fois la fréquence
souhaitée (50 ou 60 Hertz) fois la tension phase à
phase.
Le résultat est des microfarads. (yF).
Utilisez des condensateurs papier ou à huile isolés
d'au moins deux fois la tension
N'utilisez PAS de condensateurs chimiques ou
électrolytiques polarisés, risques d'explosion !!!
Une autre source.
Les alternateurs modernes qui équipent les génératrices autonomes à essence ou Diesel produisant du courant
alternatif à 50 ou 60 Hertz sous des tensions de 110 a 220 volts et plus. Ces alternateurs tournent en général de
1500 à 3000 tours/minutes pour du 50 Hertz (Europe) ou 1800 à 3600 tours/minute pour du 60 Hertz (Amérique du
Nord). L'inconvénient des alternateurs provenant de génératrices à essence ou Diesel est qu'ils doivent tourner à
leur vitesse spécifique pour un bon rendement d'ou nécessité d'un multiplicateur et régulateur de vitesse de rotation.
L'adaptation d'un moteur conventionnel CA ou du type universel CA/CC pour une éolienne n'est pas toujours à la
portée de l'amateur bien que la chose soit réalisable si l'on a la compétence et la patience nécessaire.
FIN DE LA PREMIERE PARTIE
ALTERNATEURS AUTO EN USAGE MINI - ÉOLIENNE
Deuxième partie. Aspect pratique
Modifier électriquement un alternateur.
Nous allons agir sur le stator, qui est la partie fixe, c'est la couronne
extérieure qui est bobinée par une quantité variable de bobines
individuelles.
Le stator est bobiné en général par trois séries de gros fils, c'est lui qui
produit le courant. Ici nous avons un stator d`alternateur Delco. Image de
droite ========>>>
La technique de modification bien que très simple en réalité, demande
cependant du soin.
Une fois votre alternateur ouvert, vous découvrez que le stator fait partie de
la carcasse arrière.
Les fils sont connectés aux grosses diodes de puissance qui redressent
le courant. Ces diodes sont en général placées sur la partie interne arrière
de l'alternateur. Elles sont fréquemment insérées dans deux blocs
distincts. Il vous faut soit dessouder ces fils, soit dévisser les écrous qui
retiennent les cosses qui font contact. Ainsi vous pouvez déloger
mécaniquement le stator.
Vous avez en mains une couronne sur laquelle les trois groupes de fils
sont bobinés alternativement et en général indépendants.
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Une première vérification a faire:
Est de noter si votre alternateur d'origine est bobiné d'origine en mode TRIANGLE,
dans ce cas vous noterez trois groupe de fils connectés deux par deux. Qui vont vers
les diodes de puissance.
<<<========= Image de gauche
Si votre alternateur d'origine est bobiné en ETOILE,
vous verrez trois fils simples qui vont vers les diodes de
puissance et un groupe de trois fils soudés ensembles
et généralement bien isolés et qui ne vont nulle part.
Image de droite ========================>>>.
Si vous voyez trois sorties de fils couplés ou soudés deux
par deux, PLUS un groupe de six fils soudés ensemble
(ceci étant le neutre), ce montage est du type bobiné
(deux fils en mains de plus petit diamètre) mode ETOILE.
<<<======== Image de gauche
Si vous voyez trois groupes de quatre fils votre alternateur
est bobiné deux fils en mains en mode TRIANGLE.
Image de droite ===============>>>
Dans ces deux derniers cas, ce sont des astuces de manufacturier que nous pourrions
prendre a notre avantage. En effet, il est tout a fait possible de modifier le mode de
bobinage triangle en mode étoile ou mode double en mode simple. En connectant les
sorties de chaque bobine vers les entrées de la suivante, vous divisez la vitesse
d’amorçage.
Vous pouvez également modifier SANS rebobinage, un mode triangle en mode étoile qui vous offre une tension
supérieure. Sommes toutes ces stators d`alternateurs modernes nous offrent plusieurs possibilités.
Si par contre vous croyez qu’il est indispensable de rebobiner votre alternateur comme suggéré:
Débobinez soigneusement chaque groupe de fils en notant précisément le nombre de spires par encoche. D'une
manière générale vous aller trouver de 4 à 8 spires par encoche. Le diamètre de fil variera d'environ 0,8mm à environ
3mm soit en jauge Nord Américaine du No 12 au No 21 suivant la puissance de votre engin. Plus le fil est gros, plus
le courant débité est important.
Nous allons intervenir au niveau des bobinages des induits que l'on nomme stators dans les alternateurs, c'est la
partie fixe, la couronne dont nous allons modifier les caractéristiques initiales par une "refonte" électrique qui offrira
des caractéristiques de vitesse de rotation plus basse au détriment d'un courant plus faible). C'est sans contredit la
solution pour des puissances inférieures à 1000 Watts (< 1 kW).
Pour résumer :
Modification génératrice CC = le rotor. Voir le document: générateur
Modification alternateur auto = le stator Ce document
Cette méthode qui est utilisée depuis près de 75 ans, au début avec des génératrices CC , puis plus tard, vers 1965,
avec des alternateurs auto, est très abordable pour l'amateur habile.
Avantage
Vous pouvez connecter directement votre hélice sur l'axe de votre alternateur ou générateur. Le maximum de
puissance est transmis directement de la source à l'utilisation, les pertes mécaniques sont minimes.
Il n'est pas toujours évident de multiplier une vitesse de rotation faible d'une éolienne et de maîtriser des forces
centrifuges plus importantes ainsi qu'un poids plus élevé.
En outre une régulation de vitesse pour obtenir une fréquence alternative stable, si vous optez pour une tension
alternative, n'est pas tâche facile pour un auto constructeur...
C'est pourquoi le but de cet ouvrage est volontairement limité à de petites puissances .
Fonctions : Trois paramètres peuvent influencer le rendement d'un générateur électrique.
L'induction , la longueur des spires de l'induit, et la vitesse de rotation.
Cette formule de base s'établit simplement : E = K.n.N
Dans notre cas l' induction est variable dans le temps Par les caractéristiques spécifiques du rotor. En effet au
début de la rotation RIEN ne se passe si ce n'est qu'un légère rémanence magnétique du rotor.
Cette rémanence (résidu de magnétisme dans le fer du rotor) peut être "fortifiée" grâce a une légère tension
d'excitation sur le rotor. Quelques dizaines de milliampères suffisent. Quelques solutions offertes dans
[schématèque].
La vitesse de rotation.
Ici nous faisons face à un léger "problème" car nous RÉDUISONS la vitesse de rotation afin de s'adapter à une
vitesse éolienne plus faible. Ce "problème" est compensé par :
Nombre plus élevé et longueur des spires en fils plus fin afin que notre engin génère à plus basse vitesse.
Ceci se fait avec comme pénalité un courant plus faible, donc puissance en watts diminuée par rapport a la
puissance d'origine de l'alternateur ou générateur NON modifié.
Cette pénalité n'est pas grave en soit puisque la source d'énergie est gratuite une fois notre engin construit.
Nous allons travailler tout d'abord sur la modification de l'alternateur de notre choix.
Préparation du stator
Débobinez soigneusement chaque groupe de fils de votre stator d`origine en notant précisément le nombre de
spires par encoche. D'une manière générale vous aller trouver de 4 à 8 spires par encoche de chaque phase.
Le diamètre de fil variera d'environ 0,8mm à environ 3mm soit en jauge Nord Américaine du No 12 au No 21 suivant
la puissance de votre engin. Plus le fil est gros, plus le courant débité est important.
Votre stator complètement nu, vous devez enlever toutes les parties de fils ou de poussières qui pourraient gêner le
rembobinage futur. Ensuite nettoyez avec de l'alcool et séchez bien. Vous êtes prêts pour le rembobiner.
Assurez-vous que l'isolant sur la couronne du stator est intact. Remplacez ou réparez au besoin par des languettes
de papier ciré ou tout matériel mince, isolant et NON combustible. Le téflon est idéal !
Les nouvelles bobines seront faites avec un fil plus fin d'où nombre de spires par encoche plus important.
La technique du calcul est simple .
Exemple: Vous disposez d’un alternateur d'un courant max 40 ampères. Sa vitesse d'amorçage productive a l'origine
d'environ 1500 tours minute, 5 spires par encoches. Fil de 1,45 mm de diamètre donc surface 1,65 mm carrés.
Que peut on espérer de cet alternateur une fois modifié ?
L'original produit 40 ampères sous une tension de charge de 13,5 volts environ, cela donne une puissance optimum
de 540 watts (40 ampères fois 13,5 volts en tension nominale de charge)..En fonction éolienne cet alternateur
pourrait nous offrir une vitesse d'amorçage d'environ 370 tours minute. Nous pouvons espérer 135 Watts de
puissance à sa production optimale vers 700 a 800 tm. Cette production devrait pouvoir se faire avec une vitesse de
vent entre 35 à 40 km/h suivant la qualité de votre hélice. Voir Palerotor
Comment pouvons nous calculer ces valeurs ?
Nombre de spires sur l'original = 5 spires par encoche. Vitesse seuil de production 1500 tours minute
Nous visons 4 fois MOINS de vitesse de rotation a l`amorçace soit 375 tours/minute
Le nombre de spires par encoche sera donc 4 fois PLUS élevé soit 20 spires par encoche.
Le diamètre du fil sur l'original était de 1,45 mm et sa surface de 1,65 mm carrés.
En divisant 1,65 mm/carré par 4 nous trouvons 0,4125 mm carrés. Nous devons trouver le nouveau diamètre de fil
soit 0,4125 mm carrés divisés par 3,14 (PI) puis racine carrée nous donne le rayon du nouveau fil qui est 0,3624
mm. |
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