Construção de um gerador eólico com um alternador modificado

[electronick]

Peço as minhas desculpas de só hoje responder. Como já disse eu ainda não fiz esta alteração em nenhum alternador, não posso comprovar ainda o resultado, mas penso que o exemplo da secção do fio, deve ser para um determinado alternador, que o autor não diz a potência. O que necessáriamente é para ter em mente, será quando abrirmos um alternador que queiramos modificar, vamos ver quala secção das espiras do estator e aí teremos de fazer contas para que mais ou menos metade da secção do fio original, possamos bobinar o estator com o triplo das espiras de origem. Há que ter em mente que qualquer alternador com esta alteração a corrente cai sempre para mais ou menos metade, isto por duas razões: a velocidade de rotação com o vento é muito menor do que com o alternador acopolado a um motor, a outra razão, é porque alterarmos a secção dos enrolamentos do estator para uma secção de fio para metade, também iremos ter menos corrente, os enrolamentos ao ser alterados para 3 vezes mais, para termos a compensação da perda de rotação com o vento. Porisso é que um alternador de 24v e por exemplo, de 50 amperes, também dá para este tipo de montagem, apenas é retirado o regulador de origem e ligado ao que está em anexo com as devidas alteraçoes das ligações. Este alternador de 24v ao ser aplicado uma élice vai rodar com muito menos velocidade, então aí ele só vai gerar 12 a 14V com metade da corrente ou seja 25 Amperes. O autor do projecto que já efectuou estas alterações, diz que se obtem melhores resultados com um alternador de 12V, com o estator modificado para 3 vezes mais o enrolamento, do que um alternador de 24V para gerar 12V. Quanto a secção do fio dos enrolamentos, volto a repetir, é necessário saber a secção de origem do estator do alternador que se pretende alterar. Em anexo vai a foto de um estator, no qual o autor mandou abrir mais um pouco os canais, para ter a possibilidade de fazer os enrolamentos com uma secção de fio um pouco superior, para obter mais amperes, embora os enrolamentos sejas 3 vezes mais do original.
Cumprimentos

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[Duzia12]

200 A. 50 A e agora 25 A


O que dá P=Ux I =12x25=300 W

Assim sim acho viável


Mas a potência é pouca

[Mário]

Boas "Duzia12"

Se é 12 V a 50 A são 600 W
20 AWG equivale a secção de 0,5 mm^2-----10 A
Para 50A ???
A dar 100 A??
Bobines de menor secção em paralelo
Afinal como é???
Qualquer coisa não está bem cheira-me a "esturro"

AWG.png

Usa-se fios em paralelo, porque é mais facil de bobinar e podes "encher" melhor o canal "cava" do estator. Neste ponto ainda não começaram a mexer no rotor, penso que será o passo seguinte. E depois vão começar com motor de rotor em curto-circuito (modificados) para fazer a excitação constante, e regularem só a tensão de saída.

Cump.
Mário

[electronick]

Tanto com 6 como com 12 pólos, sempre existirão 6 bobinas por fase. É só contar a quantidade de espiras de uma bobina e fazer um novo bobinamento com 6 bobinas com o triplo do número de espiras, enroladas no mesmo sentido de enrolamento.
Nos alternadores modernos fica um pouco mais difícil para um leigo identificar as bobinas devido a elas estarem em formato de U, isto é, não formam circulos, como é o convencional. Mas de qualquer forma é visível e podem ter as espiras contadas. E quando você fizer o novo bobinamento não precisa fazer em formato de U, como no original, faça do modo convencional, que é mais fácil.
Para verificar se um alternador é capaz de se auto-excitar, ligue os dois fios das escovas(que vêm do induzido), um ao terminal positivo de saída do alternador e outro à carcaça (terminal negativo) e com um motor, faça o alternador girar a uma velocidade acima de 600 RPM. Se ele causar peso ao motor é porque ocorreu a auto excitação. Para tirar a dúvida, com o motor funcionado, desligue um dos fios das escovas. Se o motor ficar leve e aumentar de velocidade, está confirmada a auto-excitação.
Para verificar se um alternador é capaz de se auto-excitar, ligue os dois fios das escovas(que vêm do induzido), um ao terminal positivo de saída do alternador e outro à carcaça (terminal negativo) e com um motor, faça o alternador girar a uma velocidade acima de 600 RPM. Se ele causar peso ao motor é porque ocorreu a auto excitação. Para tirar a dúvida, com o motor funcionado, desligue um dos fios das escovas. Se o motor ficar leve e aumentar de velocidade, está confirmada a auto-excitação.

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[electronick]

Para facilitar a análise do circuito regulador/excitador, vamos dividi-lo em três partes principais: Auto-excitação, Circuito de Partida Suave e Controlador de Carga da Bateria.


A AUTO-EXCITAÇÃO

De fato reconheço que um simples alternador de 12V tem uma certa dificuldade de se auto-excitar, por isso mesmo escolhi um alternador de 24V ou com estator rebobinado para esta tensão ou pouco mais.
Observe que mesmo com o alternador parado, um lado da bobina do induzido já está ligado ao terminal positivo de saída do alternador e o outro lado já está ligado no terminal negativo (Gnd), através do contato NF do relé e do resistor de 15R x 5W. Se aparecer uma tensão de 1 mV no estator, imediatamente esta tensão chega ao induzido. Entrando qualquer pequena tensão no induzido, imediatamente inicia-se a magnetização da sua bobina e uma corrente várias vezes maior é induzida no estator. Logo quanto mais tensão chega ao induzido mais tensão é fornecida pelo estator como uma reação em cadeia, até que a tensão chega a +- 9V, o suficiente para ligar a bobina no relé, que por sua vez abre o circuito entre o estator e o induzido. Neste ponto, como já existe tensão suficiente para o circuito eletrônico funcionar, o CI U1 começa a oscilar. Observe que o CI U1 aparentemente está ligado na configuração normal como oscilador astável, o qual gera um sinal PWM que aciona o MOSFET IRFZ44, o qual faz a excitação do induzido. O potenciômetro de 100K ajusta o ciclo ativo máximo do sinal PWM, isto é, se for girado mais para a direita, mais potência será enviada para o induzindo, fazendo gerar mais potência na saída, porém pesando mais no eixo da turbina. Entretanto o ciclo ativo não depende apenas do ajuste do potenciômetro de 100K. Existem dois controles automáticos do ciclo ativo do sinal PWM: o circuito de partida suave e o regulador de tensão. Como disse temos um oscilador astável no CI U1, com apenas uma diferença do astável normal: usamos o pino 5 do CI para controlar o ciclo ativo do sinal PWM. Se diminuimos a tensão neste pino, diminuimos o ciclo ativo do sinal e com isso a potência que está sendo gerada.

O CIRCUITO DE PARTIDA SUAVE

Veja que existe um transistor BC327 com o coletor ligado ao terra e já aterrando o pino 5 do CI U1, mesmo antes do circuito começar a funcionar, pois existe um resistor de 47K aterrando a sua base. Isso quer dizer que bem antes da tensão atingir +- 9V, este transistor já conduz, pois ele precisa de uma tensão menor que 1V para conduzir. Uma vez que este transistor esteja conduzindo, o ciclo ativo do sinal PWM será mínimo, menor que 5%. Isto é feito para assegurar uma partida suave, sem causar peso que venha a diminuir a velocidade da turbina. À medida que a tensão vai subindo no terminal de saída do alternador, um resistor de 27K leva esta tensão à base do BC327, fazendo a sua condução diminuir, liberando aos poucos o pino 5 do CI, e aumentando aos poucos a potência gerada. Até quando a tensão ultrapassar os 14V, então o transistor entra no corte, liberando de vez o pino 5 do CI. Se neste ponto, a turbina não desacelerar consideravelmente e nem as baterias consumirem a energia gerada, a tensão continuará subindo, até que entre em ação o circuito regulador de tensão para limitar a potência.

O REGULADOR DE TENSÃO

Ligado ao pino 5 do CI U1 existe também um transistor BC337, que juntamente com o trimpot de 2k2, o diodo zener de 12V e os componentes ligados aos mesmos, formam o circuito que vai limitar a tensão de saída para mantê-la dentro do valor ajustado no potenciômetro de 2k2 (que vai de 13V a 18V, mais ou menos). Uma vez que a tensão ultrapasse os 12V, o diodo zener deixa o excedente passar. Quando chegar uma tensão superior a 0,6V na base do BC337, este conduz o terra ao pino 5 do CI U1 e limita assim a tensão de saída. O trimpot de 2k2 ajusta o ponto em que isto acontece. O circuito regulador só entra em ação se as baterias não consumirem a energia gerada.

O CONTROLADOR DE CARGA DA BATERIA

O circuito formado pelo CI U2 funciona totalmente independente do circuito regulador/excitador, que já foi explicado. Ele monitora a tensão de saída e fornece potência para a bateria somente quando a tensão de saída estiver acima de 14V. Evitando desta forma que a bateria venha a drenar mais do que a turbina pode fornecer, parando ou diminuindo muito a velocidade, possibilitando um melhor aproveitamento dos ventos fracos. Isto significa que somente é repassado para a bateria a potência que é possível gerar sem que a velocidade venha a cair abaixo do mínimo necessário. Se a velocidade cai, devido ao vento fraco, imediatamente o circuito deixa de enviar carga para a bateria, liberando a turbina de peso, para que esta possa recuperar velocidade. Com isso o desempenho da turbina é otimizado, e conseguimos, por assim dizer, "tirar leite de pedra".
A explicação para o funcionamento desta etapa é simples. Um resistor de 1K está aterrando o pino 4 do CI U2. Com este pino aterrado o CI não oscila, logo não envia carga para a bateria. O diodo zener de 13V recebe a tensão de saída do alternador através do resistor de 470R e deixa passar o excedente a seu valor. Se uma tensão maior que 0,8 chegar ao pino 4 do CI U2, imediatamente ele gera o sinal PWM que faz os dois transistores IRFZ44 conduzirem, levando carga para a bateria. O ciclo ativo deste PWM é fixado em +- 90%.

MAIS DETALHES

O regulador de tensão 7812 fornece uma tensão regulada para maior estabilidade do circuito oscilador.
O led ligado ao dreno do MOSFET de excitação indica quando ocorre a excitação e deve ser instalado do lado de fora da turbina, assim pode-se ver quando ela está gerando.
O led CARGA indica quando a bateria está sendo carregada e também pode ser externo.
O resistor de 15R x 5W limita o torque na auto-excitação inicial do alternador. Se a sua turbina possui alto torque de partida, pode eliminá-lo e ligar um fio no seu lugar. Para turbinas de baixo torque ele é necessário, pois na auto-excitação do gerador o circuito ainda não está alimentado para limitar o peso.
Este circuito de excitação pode ser usado com qualquer alternador automotivo, mesmo os maiores, com tensão até 24V. Se a turbina tiver torque suficiente para manter o alternador trabalhando boa parte do tempo com corrente maior que 20A, o circuito controlador de carga precisa ser reforçado, para que possa dar conta de controlar potência maior que esta. Uma idéia inicial seria trocar os dois transistores IRFZ44 para IRF3205.

Veja que não existe um circuito responsável por desligar a carga das baterias quando elas estiverem totalmente carregadas. Este circuito é dispensado porque a tensão é regulada em 14,5V. Logo quando as baterias atingirem esta tensão passam a drenar uma corrente mínima. Sendo assim uma flutuação é até desejável para mantê-las em atividade, pois toda bateria possui uma corrente de descarga quando está sem uso. Só haveria perigo de sobrecarga das baterias se a tensão excedesse em muito a tensão de flutuação.

Sobre o quê faz aparecer a tensão inicial para a excitação, considero duas coisas principais para que isso seja possível: a armadura de ferro do induzido, que girando muito próximo ao bobinamento produz eletricidade estática, e o fato de o circuito entre o induzido e o estator já estar fechado, fazendo com que o bobinamento do induzido venha cortar o espaço próximo ao bobinamento do estator, e já estando em condição de iniciar a magnetização. Já lí muito sobre isso, mas são literaturas muito avançadas, e fazem muitos rodeios e cálculos matemáticos que complicam mais do explicam.

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Lista de componentes:

DIODOS
2 - 1N4001
1 - 1N5401
2 - 1N4148
2 - ZENER 12V 1W
2 - ZENER 18V 1W

CAPACITORES CERAMICOS
4 - 100nF
2 - 10nF

CAPACITORES ELETROLITICOS
2 - 2200uF 25V
1 - 470uF 16V
3 - 100uF 16V
1 - 10uF 100V despolarizado


RESISTORES 0,25W
3 - 10R

RESISTORES 0,125W
2 - 470R
4 - 1K
2 - 1K5
1 - 2K2
2 - 4K7

TRANSISTORES
3 - IRFZ44
1 - BC337
1 - BC327

CI
2 - NE555

DIVERSOS
1 - TRIMPOT VERTICAL 5MM 100K
1 - TRIMPOT VERTICAL 5MM 2K2
1 - TRIMPOT HORIZONTAL 5MM 20K
1 - LED VERMELHO (EXC)
1 - LED VERDE (CARGA)
1 - RELÉ 12V 15A DE 5 PINOS
1 - PLACA DE CI VIRGEM 70mm X 55mm

[electronick]

Para montar o projeto, uma das primeiras coisas a fazer, mesmo antes de montar o circuito é é desmontar o alternador. Depois que estiver com ele aberto facilmente vai identificar tudo. o + é a saída de positivo do alternador (o parafuso mais grosso e que está isolado, e normalmente indicado com +B), o - é o negativo (qualquer ponto da carcaça), o AC é qualquer uma das três fases do bobinamento, e os dois últimos, como já está dito, são os fios das duas escovas (que vão para o induzido).Os três fios que saem da bobina do estator do alternador devem ser ligados na ponte retificadora do mesmo, que se encontra na tampa traseira, como já era usado originalmente. Assim a corrente alternada gerada pelo alternador será convertida em corrente contínua pelos diodos originais, e o terminal positivo de saída do alternador será ligado no positivo da bateria, conforme o esquema de ligação. Dessa forma a energia será enviada para a bateria.
Apenas um dos três fios do estator é ligado ao circuito diretamente, e isso é necessário apenas como um forma de sensoriar o momento de ser acionada a excitação. E mesmo este fio que vem para o circuito deve continuar ligado à ponte retificadora.

Para testar o regulador, use duas lâmpadas automotivas e ligue conforme o esquema abaixo.
1) Gire o trimpot de 2k2 e observe que o brilho da lâmpada 1 deve aumentar e diminuir um pouco, conforme a posição deste trimpot.
2) Ligue o terminal AC ao +12V e observe que a lâmpada 2 deve acender.
3) Gire o trimpot de 20k e observe que o brilho da lâmpada 2 se altera.
Se assim acontecer, está tudo ótimo. Agora falta fazer uma calibragem provisória do regulador.
1) Gire o trimpot de 20K para aproximadamente 70% do seu curso. Esta regulagem determina a corrente de saída que vai ser fornecida à carga. Se você têm uma turbina com torque de sobra para mover o alternador (pelo menos 4 pás de 1m), pode girar todo para a direita. Gire para menos se observar que o gerador está causando muito peso para a turbina.
2) Gire o trimpot de 2k2 para aproximadamente 50% do curso. Esta é a regulagem da tensão de saída. Na posição mínima terá aprox. 12,5V, no meio aprox. 14,5V e no máximo em torno de 18V.
3) Gire o trimpot de 100k para a posição de maior resistência. Este é o ajuste da corrente de excitação e também influencia no peso do alternador à turbina e na corrente máxima produzida. A posição ideal vai ser conforme a rotação da turbina, mas difilmente vai passar de 50% do curso.

Uma correção: para testar a parte do circuito que acende a lâmpada 2, ligue o fio AC no GND (negativo) e não no +12V, como havia dito.


Tanto o trimpot de 2k2 quanto o de 100k atuam sobre o brilho da lâmpada 1, mas no caso do de 2k2 a mudança é bem pouca, e você só vai perceber se tiver uma fonte com tensão em torno de 18V. A segunda lâmpada também só vai acender se você tiver mais de 13,5V. É bom medir a tensão da fonte com a lâmpada 1 acesa para verificar se está acima disso, caso contrário não vai ser possível verificar o funcionamento. Outra ideia é desligar a lâmpada 1, para ver se a tensão fica mais alta para testar a outra parte.
Um "jeitinho" para fazer a lâmpada 2 acender é dar um curto-circuito no diodo zener de 12V que fica no desenho da PCI no canto direito superior, ligado ao resistor de 470R.
Mas se não conseguir fazer esses testes, não vejo problema algum em deixar para testar com o alternador.
O fato de a excitação ser ligada e desligada muitas vezes não chega a ser um problema. Pelo contrário, isso é extremamente importante para se obter um bom rendimento com ventos fracos e oscilantes, e o circuito não sofre nada com isso.
Os três fios que saem da bobina do estator do alternador devem ser ligados na ponte retificadora do mesmo, que se encontra na tampa traseira, como já era usado originalmente. Assim a corrente alternada gerada pelo alternador será convertida em corrente contínua pelos diodos originais, e o terminal positivo de saída do alternador será ligado no positivo da bateria, conforme o esquema de ligação. Dessa forma a energia será enviada para a bateria.
Apenas um dos três fios do estator é ligado ao circuito diretamente, e isso é necessário apenas como um forma de sensoriar o momento de ser acionada a excitação. E mesmo este fio que vem para o circuito deve continuar ligado à ponte retificadora.

Reg_alt_Teste.JPG (14.5 KiB) Visto 1334 vezes

[Duzia12]

Isso afinal dá quantos Ampères?? 5 a 10 A, já que as pistas pouco mais aguentam

É tudo copy e paste!!

[Mário]

Boas

Vai ver

http://www.eletricidade.net/viewtopic.php?f=1&t=3449
http://www.eletricidade.net/viewtopic.php?f=1&t=3455
http://www.eletricidade.net/viewtopic.php?f=1&t=3468
http://www.eletricidade.net/viewtopic.php?f=1&t=3718
http://www.eletricidade.net/viewtopic.php?f=1&t=3469

Cump.
Mário

[electronick]

Para maiores correntes é só substituir os mosfets por outros de mais amperes, o relé tambem terá de ser outro, e as pistas terão de ser reforçadas, este exemplo dá até 20A, cada um pode adaptar a montagem conforme a corrente do alternador a ser usado.

Amigo Mário, obrigado pelos sites, mas por acaso já conhecia a maior parte deles.

Cumprimentos

[wolfaxe]

Excelente trabalho.

[lordmilton]

Oi, acabo de me registrar no fórum e também estou construindo meu gerador eólico caseiro com um alternador automotivo...
e estou com dúvidas sobre a ponte retificadora a ser construída, não posso utilizar a original do alternador???

Alguém poderia me ajudar?

[menegola]

Ola nobres colegas
sou novo por aqui.
Desculpa me intrometer,me despertou interesse
Estou a um bom tempo tentando construir um gerador a partir de alternador automotivo.
Li to tópico ,inclusive do autor.
Fiquei com uma duvida.
Pergunta é a seguinte:
Posso bobinar alternado 6 polos 36 ranhuras para 12 polos hexafásico mantendo rotor original aqueles bobinados,ou tenho que modificar também rotor?