Una Guida Pratica ai Dispositivi di Energia Libera                                                                                                              Autore: Patrick J. Kelly

Capitolo 19: Costruire un Piccolo Generatore Autoalimentato

Uno sviluppatore di energia libera che lavora in Sud Africa, dove è difficile trovare componenti elettronici, ha molto gentilmente condividere i dettagli del suo generatore autoalimentato compatta in modo che si può costruire uno se si sceglie di farlo. Usando un piccolo invertitore, l'uscita del prototipo è di 40 watt a tensione e frequenza di rete e il generatore è un piccolo apparecchio da tavolo che non è difficile costruire. Il generatore utilizza cinque a 12 volt batterie al piombo 7 Amp ore piccole come questo:



Anche se questo suona come un sacco di batterie, tenere a mente che si tratta di un generatore che ha una potenza elettrica continua, giorno e notte e le batterie non devono essere caricate - un po 'come un pannello solare che funziona di notte, così come durante il giorno. Anche se non si ha familiarità con gli schemi dei circuiti elettronici (capitolo 12 può risolvere che per voi, se si vuole), per favore cercate di seguire come si corre attraverso lo schema del circuito e spiegare come funziona il generatore. Questo è lo schema circuitale:



La batteria ha segnato poteri "A" del circuito. Un rotore "C", contenente cinque magneti viene spostato in modo che uno dei magneti passa vicino alle bobine. Le bobine impostare "B" ha tre bobine appositamente ferita e il magnete mobile oltre quei tre bobine genera una piccola corrente di numero bobina "1" che poi fluisce attraverso la resistenza "R" e nella base del transistore, facendolo accendere. La potenza che fluisce attraverso la bobina transistore "2" induce a diventare un magnete e che spinge il disco di rotore "C" nel suo cammino, mantenendo la filatura a rotore. Induce anche una corrente nell'avvolgimento "3" e che la corrente viene raddrizzata dai diodi blu e ripassato per caricare la batteria "A", sostituendo la corrente assorbita da tale batteria.

Quando il magnete del rotore "C" passa dalle bobine, il transistore spegne, spostando la sua tensione di collettore molto rapidamente fino alla linea +12 Volt, fame coil "2" di corrente. A causa del modo che le bobine sono, la bobina trascina la tensione collettore e potrebbe raggiungere 200 volt o più se non fosse stato collegato attraverso il diodo rosso per tutte le cinque batterie che sono collegati in una lunga catena. Le batterie hanno una tensione combinata di poco più di 60 volt (per questo motivo viene utilizzato un potente, transistor di commutazione veloce T13009 alta tensione. Quando la tensione di collettore passa la tensione della catena batteria LED rosso inizia a condurre, passando l'energia disponibile nella bobina nella catena batteria. tale impulso di corrente passa attraverso tutti cinque batterie, carica tutti loro. la tensione maggiore causato da tanti batterie significa che potenza superiore viene alimentato in tutte le batterie dalla bobina "2". Liberamente parlando, che è il disegno del generatore.

Nel prototipo, il carico per il test a lungo termine è un dodici volt inverter 150 watt alimentare 40 watt di rete lampadina:



Il disegno di base sopra indicato fu poi modificato con l'aggiunta di due bobine di uscita aggiuntiva:



Bobine "B", "D" ed "E" sono tutti attivati allo stesso tempo da tre diversi magneti. L'energia elettrica prodotta in tutte e tre le bobine è passato ai quattro diodi blu per produrre un rifornimento di corrente continua che viene utilizzato per caricare la batteria "A" che alimenta il circuito. Tale ingresso supplementare per la batteria e l'aggiunta di due ulteriori bobine di unità allo statore, rende il sistema di funzionare in modo sicuro come autoalimentato, mantenendo la tensione della batteria "A" a tempo indeterminato.

L'unica parte mobile di questo sistema è il rotore che è di 110 mm di diametro ed è un disco in acrilico spessore 25 mm montato su un cuscinetto prelevato da una vecchia unità di disco rigido del computer. La disposizione è simile al seguente:





Nelle foto, il disco sembra per essere vuota, ma in realtà è plastica solida, molto chiaro. Il disco è stato perforato a cinque punti equidistanti lungo la circonferenza, vale a dire, a intervalli di 72 gradi. I cinque principali fori nel disco sono a prendere i magneti che sono insiemi di nove i magneti in ferrite circolare, ogni 20 mm di diametro e 3 mm di spessore, rendendo ogni pila di magneti 27 mm di lunghezza e 20 mm di diametro. Gli stack di magnete sono posizionati in modo che loro poli nord rivolto verso l'esterno. Quando i magneti sono stati installati, il rotore è posizionato all'interno di una striscia di tubo di plastica che impedisce i magneti fuggire quando il disco è filato rapidamente. Il tubo di plastica è fissato al rotore con cinque bulloni con testa svasata.

Il divario tra il rotore e le bobine possa essere impostato come qualcosa da 1 mm a 10 mm come le bobine hanno scanalato monta come si può vedere da questa immagine di una versione precedente del generatore:



Si noti il modo in cui i supporti bobina consentono la distanza tra le bobine e il rotore da modificare. Il divario di lavoro tra il rotore e le bobine può essere regolata in modo che le prestazioni possono essere massimizzata trovando il gap più efficace.

Le bobine delle bobine sono lunghi 80 mm e le estremità sono 72 mm di diametro. L'albero centro di ogni bobina è costituita da un tratto di tubo di plastica con un diametro esterno 20 mm e un diametro interno di 16 mm. dando uno spessore di 2 mm. Dopo essere stato avvolto, che il diametro interno è riempito con una serie di aste di saldatura con il loro rivestimento saldatura rimosso, e che sono poi racchiuso in resina poliestere anche se una barra di ferro dolce è una buona alternativa:






I tre filoni di filo che le bobine di forma "1", "2" e "3" sono filo di diametro 0,7 millimetri e sono intrecciati insieme per diventare un filo "Litz", prima di essere avvolto nella bobina "B". Ciò produce una molto più spessa filamento filo composito che è facile da avvolgere accuratamente sulla bobina. L'avvolgitore mostrato sopra utilizza un mandrino per afferrare il nucleo della bobina per l'avvolgimento, ma qualsiasi semplice avvolgitore funzionerà bene.

Lo sviluppatore fa il Litzing allungando tre fili di ferro, ciascuno proveniente da una bobina separata 500 grammi di filo. I tre elementi sono serrati a ciascuna estremità con i fili toccano ad ogni estremità e con tre metri tra le ganasce. Quindi, i fili sono bloccati nel mezzo e 80 giri applicati al centro. Che dà 80 giri per ciascuna delle due lunghezze 1,5 metri tenuti tra i morsetti. Il filo ritorto viene avvolto su di una bobina di fortuna per mantenerla ordinata, come questa torsione deve essere ripetuto 46 volte di più come l'intero contenuto delle bobine di filo saranno necessari per questo una bobina composita:



I prossimi 3 metri delle tre fili è ora bloccati e 80 giri applicati al punto centrale, ma questa volta le spire sono applicate nella direzione opposta. Sempre lo stesso 80 giri, ma se l'ultima lunghezza era 'orario', allora questo tratto di filo si trasformeranno 'in senso antiorario'. Questa alternanza di direzione dà un insieme finito di fili intrecciati in cui la direzione di torsione inverte ogni 1,5 metri per tutta la lunghezza. Questo è il modo che il filo Litz prodotto commercialmente è fatto, ma ho seri dubbi che la prestazione risultante è meglio che se la direzione del vento non è mai cambiato e il filo ritorto avuto la stessa direzione di torsione tutta la sua lunghezza.

Questo bel gruppo contorto di fili è ora utilizzato per avvolgere la bobina. Un foro è perforato in una flangia rocchetto, accanto al tubo centrale e nucleo, e l'inizio del filo alimentato attraverso di essa. Il filo viene quindi piegato bruscamente a 90 gradi ed alimentato attorno all'albero della bobina per iniziare l'avvolgimento della bobina. Il fascio filo è avvolto accuratamente affiancati lungo la lunghezza dell'albero rocchetto e ci saranno 51 spire di ogni strato e lo strato successivo viene avvolto direttamente sopra il primo strato, spostando indietro verso l'inizio. Assicurarsi che le spire di questo secondo strato siedono esattamente sopra delle spire sottostanti. Questo è facile da fare, come il fascio di fili è spesso sufficiente per rendere il posizionamento molto facile. Se si preferisce, uno spessore di carta bianca può essere posizionato intorno al primo strato, per rendere più facile vedere il secondo strato come è suonato. Ci saranno 18 di questi strati per completare la bobina, che poi pesano 1,5 chilogrammi e nel 2016 i prezzi nel Regno Unito, il filo di questa bobina avrà un costo di £45 e gli sguardi tortuosi come questo:



Questa bobina completato ora contiene tre bobine separate in stretta vicinanza l'uno all'altro e che disposizione è eccellente quando una bobina viene acceso, per indurre l'energia nelle altre due bobine. Questo avvolgimento ora contiene bobine 1,2 e 3 dello schema elettrico. Non c'è bisogno di preoccuparsi con la marcatura le estremità di ogni filone di filo come un semplice ohmmetro vi dirà che due estremità hanno un avvolgimento tra di loro.

Bobina 1 viene utilizzato come bobina trigger che accende il transistor nell'istante destra. Bobina 2 è la bobina di azionamento che è alimentata dal transistore e bobina 3 è la prima delle bobine di uscita:



A causa delle bobine che erano già a portata di mano durante lo sviluppo di questo sistema di grande successo, bobine 4 e 5 sono semplici bobine elicoidali-ferita che sono collegati in parallelo con la bobina di auto 2. Essi aumentare l'unità e sono necessarie. Bobina 4 ha una resistenza CC di 19 ohm e batteria 5 una resistenza di 13 ohm. Tuttavia, indagini in corso al momento di determinare la migliore combinazione serpentina per questo generatore ed è probabile che le bobine supplementari saranno la stessa della prima bobina, la bobina "B" e che tutti i tre bobine sono collegati allo stesso modo e la guida avvolgimento in ogni bobina guidato da quella potente transistor, veloce. La presente disposizione si presenta così:



I due paesi possono essere ignorati come erano solo per investigare modi alternativi di innesco del transistore e sono non più utilizzati.

In questo momento, bobine 6 e 7 sono bobine di uscita supplementari collegati in parallelo con la bobina di uscita 3. Possono essere aria-core o di avere un nucleo di ferro solido. Test indica che la versione air-core funziona leggermente meglio che avere un nucleo di ferro. Questi due bobine sono avvolte su 22 bobine mm di diametro e ciascuno ha 4000 giri di 0,7 millimetri (AWG # 21 o SWG 22) smalto o gommalacca isolati filo di rame solido. Tutte le bobine sono avvolte con questa dimensione di filo.

Con questa disposizione della bobina, il prototipo è eseguito continuamente per tre settimane, mantenendo la batteria di alimentazione a 12.7 volt tutto il tempo. Al termine delle tre settimane, il sistema è stato arrestato in modo che possa essere modificato e testato con una nuova configurazione. Nella configurazione illustrata sopra, la corrente che scorre dalla batteria guidare nel circuito è di 70 milliampere, che a 12.7 volt è una potenza di ingresso 0,89 watt. La potenza di uscita è o 40 watt o vicino ad esso, che è un COP 45, senza contare il fatto che tre batterie supplementari 12V vengono caricate contemporaneamente. Cioè prestazioni molto impressionante per il circuito.

Ancora una volta, i nostri ringraziamenti vanno allo sviluppatore per la condivisione liberamente questo più importante circuito che ha sviluppato e per le sue future modifiche, il primo dei quali è qui indicato:


In questa disposizione, la bobina "B" è anche impulsato dal transistore e l'uscita dalle bobine intorno rotore è ora diretta all'inverter uscita. La batteria dell'unità è stato eliminato e un 30V trasformatore di bassa potenza e diodo eseguire dall'uscita inverter lo sostituisce. Filatura rotore genera una carica sufficiente sul condensatore per ottenere il funzionamento del sistema senza batteria. La potenza di uscita è salita a 60 watt che è un miglioramento del 50%. Le tre batterie da 12 volt sono stati eliminati, e il circuito può essere eseguito con una sola batteria. potenza di uscita continua da una singola batteria che non ha mai bisogno di essere ricaricata è una situazione molto soddisfacente.

Il prossimo avanzamento è una disposizione circuitale che utilizza un sensore ad effetto Hall e un transistor FET. Il sensore ad effetto Hall è allineato esattamente con i magneti. Cioè, il sensore è posizionato tra una delle bobine e il magnete del rotore. C'è una distanza di 1 mm tra il sensore e il rotore e la disposizione si presenta così:



O quando la bobina è in posizione, la vista dall'alto è così:




Questo circuito ha un'uscita continua da 150 watt e utilizza tre batterie da 12 volt. Vengono utilizzate le prime due batterie, una per alimentare il circuito mentre la seconda viene ricaricata attraverso tre diodi cablati in parallelo per migliorare il flusso di corrente di ricarica. L'interruttore a due vie di commutazione a due vie "RL1" scambia le batterie ogni pochi minuti utilizzando il circuito mostrato di seguito. Questa tecnica mantiene entrambe le batterie completamente cariche.

La corrente di ricarica fluisce anche attraverso una seconda serie di tre diodi collegati in parallelo, ricaricando la terza batteria da 12 volt che alimenta l'inverter che alimenta il carico. Il carico di prova era una lampadina da 100 watt e una ventola da 50 watt.

Il sensore ad effetto Hall aziona un transistor C5353 ma è possibile utilizzare qualsiasi transistor a commutazione rapida come un transistor BC109 o 2N2222. Noterai che tutte le bobine vengono ora pilotate dal FET IRF840. Il relè utilizzato per la commutazione è di tipo latch come questo:


Ed è pilotato da un timer ILC555N a basso assorbimento di corrente come questo:


I condensatori mostrati in blu sono scelti per operare il relè fisico reale che viene utilizzato nel circuito. Forniscono al relè un breve impulso di commutazione ogni cinque minuti circa. Le resistenze da 18 K attraverso i condensatori devono scaricare la carica del condensatore durante i cinque minuti in cui il timer si trova nello stato alternativo.

Tuttavia, se si desidera evitare di passare da una batteria all'altra, il circuito può essere organizzato in questo modo:


Qui, la batteria che alimenta l'inverter che alimenta il carico è aumentata di capacità e mentre lo sviluppatore ha utilizzato due delle sue batterie da 7 AHr, è possibile utilizzare una batteria standard da 12 volt da 12 AHr per uno scooter elettrico. Tutte le bobine tranne una sono utilizzate per fornire corrente alla batteria di uscita e l'altra bobina, che fa parte della bobina principale a tre fili, viene utilizzata per alimentare direttamente la batteria.

Il diodo 1N5408 è un componente da 3 Amp a 1000 volt. I diodi che non sono indicati con un numero di tipo contro di essi possono essere diodi nell'intervallo 1 di gamma di diodi.

Le bobine mostrate collegate al transistor FET IRF840 sono posizionate fisicamente attorno alla circonferenza del rotore. Ci sono cinque di queste bobine poiché l'ombreggiatura grigia indica che le tre bobine più dirette sono i trefoli separati della bobina composita a 3 fili principale che è stata mostrata nei circuiti precedenti.


Aggiornamento nell'aprile 2018:
Mentre la bobina a tre fili a fili ritorti preparata per la commutazione tipo Bedini era utilizzata sia per l'azionamento che per l'uscita, in realtà non era più necessario usare una bobina di quel tipo e una bobina avvolta ad elica ordinaria contenente 1500 grammi di 0,71 mm di diametro il filo di rame smaltato sarebbe stato altrettanto efficace. Lo sviluppo è proseguito e il seguente circuito è stato trovato funzionare molto bene:


In questa versione del circuito, viene utilizzato un relè senza ritenuta da 12 volt. Il relè normalmente disegna 100 milliampere a 12 volt, ma una resistenza da 75 ohm o da 100 ohm in serie riduce quella corrente a circa 60 milliampere. Quella corrente viene disegnata solo per metà del tempo in quanto il relè non viene acceso quando vengono utilizzati i contatti "normalmente chiusi". Il sistema si auto-alimenta molto in modo soddisfacente come prima.

Tuttavia, lo sviluppatore sudafricano gradirebbe molto l'inverter di rete, e quindi preferisce la seguente disposizione. Questa versione alimenta la circuiteria del convertitore attraverso un normale inverter CC-to-CC che fornisce una tensione aggiuntiva al transistor IRF840 e il circuito funziona molto bene con questa configurazione:


Lo sviluppatore sottolinea che il circuito funziona in modo non intuitivo. In primo luogo, le prestazioni sono in qualche modo ridotte se il rotore gira più velocemente, cosa che non è affatto ovvia. Quindi è stato riscontrato che l'utilizzo di magneti in ferrite produce prestazioni migliori rispetto all'utilizzo dei magneti al neodimio più potenti. Lo vede come gli impulsi della bobina essendo un meccanismo per impedire 'cogging' o trascinamento all'indietro sui magneti del rotore in transito.

Questa è la stessa cosa trovata da Robert Adams con il suo motore / generatore ad alte prestazioni. Nel progetto di Robert, il rotore fu attratto dai nuclei di ferro delle sue bobine, rendendo il motore essenzialmente un motore a magnete permanente. A dire il vero, il rotore di Robert ha ottenuto spinte aggiuntive dalla corrente nelle sue bobine di uscita spente esattamente nell'istante giusto, ma ciò comportava un livello leggermente più alto di complessità di progettazione. Mentre non esiste alcuna affermazione ufficiale secondo cui questo design sudafricano è in realtà un motore / generatore a magnete permanente, è difficile non vedere alcune delle sue prestazioni provenienti direttamente dai magneti stessi.

Infine, il design che piace di più al designer è questo che non ha inverter o convertitori e che può alimentare qualsiasi normale carico a 12 volt:


L'uscita (contrassegnata come "12V Load") è in effetti una batteria da 12 volt che non ha bisogno di essere ricaricata e che può alimentare qualsiasi tipico dispositivo da 12 volt di piccole dimensioni come illuminazione, ventilatore, computer o altro. Noterai che la bobina tripla viene ora mostrata come una singola bobina avvolta elicoidalmente con uno sfondo ombreggiato in quanto non è più necessaria alcuna bobina a tripla avvolgimento poiché la commutazione in stile Bedini non viene più utilizzata. Vorrei sottolineare che le cinque bobine pilotate dal transistor FET IRF840 sono mostrate in una riga orizzontale solo per chiarezza. In realtà, sono distanziati uniformemente attorno al rotore, ovvero a 72 gradi di spazio attorno al rotore. Non c'è niente di speciale nell'avere cinque magneti nel rotore e quel numero potrebbe essere di sei, otto, dieci o dodici magneti se c'è spazio per le bobine corrispondenti attorno al rotore.

Attualmente (aprile 2018), è qui che lo sviluppatore ha raggiunto e ritiene che il circuito mostrato sopra sia molto soddisfacente per i suoi bisogni. Quindi, lasciatemi (Patrick Kelly) fare alcuni suggerimenti non testati che sono destinati a essere utili per i replicatori del design. Il rotore gira velocemente a circa 2500 giri / min (variando da 2000 a 3000 giri / min a seconda del carico e della tensione di alimentazione). Questo significa circa 42 giri al secondo. Poiché ci sono cinque magneti nel rotore, questo produce circa 208 impulsi al secondo.

È essenziale che il rotore stesso sia fatto in modo molto preciso in modo che non vi sia squilibrio e quindi nessuna forza di vibrazione viene generata dalla rotazione. Lo sviluppatore ha utilizzato un tornio per produrre un rotore perfetto ma questa opzione non è generalmente disponibile per la maggior parte delle persone. Ho suggerito di fondere un rotore usando resina epossidica ma è stato fatto notare che per ottenere una superficie esattamente orizzontale o il rotore avrà uno spessore non uniforme che sarebbe disastroso. Se si ha accesso a una stampante 3D di grandi dimensioni, è possibile creare un buon rotore. Un replicatore mostra il suo rotore in questo modo:



Questo rotore stampato in 3D è realizzato in due metà che vengono poi imbullonate insieme.

Tuttavia, potresti prendere in considerazione l'utilizzo di un prodotto che è fabbricato per qualcos'altro. La ruota anteriore per bicicletta di un bambino potrebbe rivelarsi adatta:




L'assale è supportato su cuscinetti a sfera e queste ruote sono generalmente realizzate con precisione. Vorremmo un diametro maggiore del diametro originale di 110 mm, perché sembra probabile che l'aggiunta di magneti aggiuntivi e le relative bobine associate darebbero una maggiore potenza. Non c'è spazio fisico per bobine extra con un rotore del diametro di 110 mm, quindi una dimensione maggiore sembra un'alternativa ragionevole. Tuttavia, non vi è alcun sostituto per la costruzione e il test di qualsiasi progetto alternativo proposto. I magneti possono essere attaccati al bordo della ruota usando del nastro adesivo con due o tre giri completi attorno al cerchio e al magnete. Inizialmente, ci potrebbero essere cinque magneti come prima, ma ora c'è spazio per un 8 magnete, 10 magneti o 12 rotori magnetici in cui i magneti sono equamente distanziati attorno al rotore che potrebbe essere montato con un asse orizzontale come previsto dai progettisti delle ruote. Ancora una volta, ogni bobina è montata con fessure di regolazione della posizione come prima:



Se si utilizzano magneti e bobine extra, allora il circuito potrebbe essere questo:



Si noterà che il numero di diodi 1N5408 è stato raddoppiato per consentire un flusso più facile di corrente aumentata alla batteria in carica. Per favore, comprendi chiaramente che questo ultimo circuito è solo un suggerimento e non è stato costruito e testato al momento della stesura.


Patrick Kelly
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