Construire un système de générateur AC/DC maison de forte puissance

Composants du système de générateur AC/DC maison

• Moteur alimenté au gaz (ou au propane)
• Coupleurs d’arbres à entraînement direct
• Tête de générateur CA, 3600 RPM
• AlternateurGM, 12 volts ou 24 volts
• Courroie trapézoïdale industrielle
• Poulie (similaire à celle illustrée)
• Support d’alternateur à arbre horizontal (propre à Epicenter !)

Composants du système de générateur CA/CC fait maison

Composants principaux de la sous-section CA

Le projet pourrait s’arrêter ici si le CC n’est pas nécessaire*

Composants qui… ajoutent une capacité de charge en courant continu

Montez l’alternateur sur le moteur !

Ajoutez ce support – c’est facile ! Ajoutez des câbles pour la touche finale.

* Veuillez noter : TheEpicenter.com ne vend pas de têtes de générateur CA.

Questions sur les générateurs

Q : Alors pourquoi voudrais-je jamais construire mon propre générateur quand je peux simplement en acheter un prêt à l’emploi ?

R : C’est une sacrée bonne question !

Dans de nombreux cas, il est préférable de simplement poser l’argent et d’acheter un générateur CA de qualité comme ce modèle Generac, mais dans d’autres cas, il n’y a vraiment aucun moyen d’avoir tout ce que vous voulez sans le fabriquer vous-même. C’est-à-dire si vous avez besoin de beaucoup de charge en courant continu et également d’une alimentation en courant alternatif sinusoïdal.

Alors, il se peut que cela ne coûte pas aussi cher que vous le pensez de construire votre système idéal si vous avez déjà l’un des composants clés.

Vous pourriez être l’un de ces bricoleurs qui pourrait avoir un moteur de rechange assis autour et pourrait l’utiliser pour entraîner une tête de générateur sans avoir besoin d’acheter un système de générateur CA coûteux et dédié. Dans certains cas, il pourrait être moins coûteux d’acheter la tête de générateur et de réutiliser un moteur de quelque chose d’autre dont vous n’avez plus besoin ou dont vous n’avez besoin que quelques mois par an.

Un bon exemple serait une personne qui a un nettoyeur à pression assis autour qui a un gros moteur, peut-être un moteur de haute qualité et coûteux comme un Honda. Dans ce cas, vous pourriez retirer l’ensemble de la pompe de votre laveuse et attacher une tête de générateur lorsque cela est nécessaire en hiver, et au printemps, vous pourriez retirer la tête de générateur et rattacher l’ensemble de la pompe de la laveuse à pression.

Un meilleur cas pourrait être fait pour construire un système de génération d’énergie polyvalent parce que ce n’est pas quelque chose que vous pouvez actuellement acheter. Dans cette application, vous pourriez avoir besoin de charger une banque de batteries, par exemple, tout en disposant d’un courant alternatif. Dans cette application, le même moteur peut entraîner directement une tête de générateur tout en entraînant par courroie un alternateur à des fins de charge en courant continu.

En général, lorsque quelqu’un veut charger une banque de batteries, il y a souvent un excès de puissance disponible qui pourrait être utilisé pour faire fonctionner une tête de générateur CA en même temps. Ou d’un autre côté, vous pourriez avoir besoin de courant alternatif pour faire des réparations autour de la maison avec des outils électriques, ou vous pourriez avoir besoin de faire fonctionner le micro-ondes, le réfrigérateur ou quelque chose comme ça, et vous voudriez charger vos batteries en même temps.

La photo de gauche est un prototype d’un projet que j’expérimente pour mon propre usage.

La tête de générateur CA est couplée directement au moteur Tecumseh 8 HP, et a un alternateur 12 volts entraîné par courroie monté sur notre support de générateur horizontal qui est fixé au moteur. Pour obtenir la pleine puissance nominale de 6 000 W crête de la tête de générateur, ce moteur particulier est sous alimenté. Pour développer la pleine puissance de sortie nominale de cette tête, le moteur devrait vraiment être un modèle de 10 CV comme le HM100, ou mieux encore un modèle de 11 CV pour un peu plus de marge. Bien sûr, faire fonctionner un alternateur exclusivement sur ce moteur est un exemple d’exagération, mais la combinaison de la sortie plus faible du CA en même temps que le CC est disponible permet une utilisation assez efficace du carburant et des ressources.

Dans mon application, je n’ai pas besoin de plus de 2500 watts de puissance CA, ce qui nécessiterait normalement environ un moteur de 5 CV. Les 3 chevaux restants peuvent être consacrés au sous-système de charge en courant continu à l’aide de l’alternateur joint.

Voici une autre vue où vous pouvez voir les composants de l’entraînement direct et de l’entraînement par courroie.

Passons en revue ce qui est réellement nécessaire pour que cette tête de générateur produise une puissance AC pour des niveaux de courant de sortie spécifiques.

Pour une pleine puissance, un moteur de 11 CV est spécifié par le fabricant, mais d’autres moteurs pourraient être utilisés si vous ne violez pas les règles générales décrites ci-dessous. Essayer de tirer plus de puissance que ce qui est indiqué ci-dessous en utilisant une puissance nominale du moteur inférieure à celle indiquée aura pour conséquence que le générateur produira une tension alternative inférieure à la sortie spécifiée. Dans certains cas, cela pourrait provoquer un « brown out » qui pourrait entraîner des dommages électriques aux appareils alimentés. Des précautions particulières doivent être prises pour s’assurer que les exemples de chevaux-vapeur et de puissance de sortie ou les niveaux ci-dessous ne sont pas violés.

Sortie de la génératrice CA	Moteur requis (à titre d’exemple)
6000W crête, 5000W en continu (sortie AC nominale complète, pas de DC)	11 Horse power
5000W en crête, 4000W continu	8 Horse power
3000W crête, 2500W continu	5 Horse power

So, si vous utilisez un moteur de 8 CV avec cette tête de générateur CA et que vous pouvez assurer que vous n’utiliserez jamais plus de disons 2500W de puissance CA, alors il reste assez de puissance pour pouvoir entraîner par courroie un alternateur 12 volts fonctionnant à disons 40 ampères (14.4 volts x 40 ampères = 576 Watts) avec une certaine marge de manœuvre lorsqu’il est entraîné par courroie à partir du même arbre.

Bien que le fabricant indique spécifiquement que pour développer la pleine puissance nominale, une taille de moteur équivalente à onze chevaux est nécessaire, des versions plus petites de cette tête de générateur produisent des valeurs nominales continues inférieures indiquées dans le tableau et nécessitent moins de chevaux. Nous avons extrapolé les données indiquées à partir des spécifications des têtes de générateur plus petites, et bien que la plus grande tête de 6000W crête ait plus de masse dans le rotor, nous nous attendrions de manière réaliste à ce qu’elle ne nécessite pas autant de puissance supplémentaire pour faire tourner le rotor, d’autant plus que des roulements à billes étanches sont utilisés aux deux extrémités de la tête.

Je suppose que ce que j’essaie de dire, c’est que si vous pouvez garantir que vous n’essayeriez jamais de tirer trop de CA de la tête du générateur, alors même un petit moteur ne s’enlisera pas et il y aurait une puissance supplémentaire disponible pour d’autres utilisations comme le fonctionnement d’un alternateur comme le montre le prototype.

Donc, discutons de certains problèmes

Les moteurs à gaz typiques évaluent leur puissance en chevaux à 3600 RPM.

Si le moteur est utilisé à des vitesses inférieures à cette cote, le moteur ne développe pas tout le couple de sortie et la puissance en chevaux nominaux.

Cependant, faire tourner un moteur à un régime inférieur augmente le rendement énergétique et diminue l’usure, il y a donc toujours des compromis.

Vous devez également noter que l’arbre de sortie de ces petits moteurs tourne dans le sens inverse des aiguilles d’une montre, vu du côté de l’arbre de sortie du moteur. C’est quelque chose qui reviendra !

Parce que la plupart des moteurs sont évalués à 3600 RPM, vous noterez que de nombreuses têtes de générateur sont également conçues pour être tournées à 3600 RPM.

Si vous essayez de faire fonctionner la tête de générateur AC une vitesse inférieure au RPM nominal de 3600 dans ce cas, la tension de sortie AC ne sera pas de 120 volts, mais sera une valeur inférieure. Certains équipements que vous avez l’intention d’alimenter peuvent être plus indulgents à l’égard de la tension inférieure, certains équipements pourraient être endommagés, il est donc essentiel que vous fassiez tourner le générateur au bon RPM.
Plus de discussions sur le réglage du RPM du moteur et de la tête de générateur peuvent être trouvées dans la section suivante.

Vous voudrez également noter que l’arbre de la tête de générateur doit tourner dans le sens des aiguilles d’une montre, vu du côté de l’arbre de la tête de générateur. Donc, placez les arbres l’un en face de l’autre et devinez quoi ? Le moteur et la tête du générateur tournent tous deux dans le bon sens. Cela permet d’entraîner directement la tête de générateur en utilisant un coupleur d’arbre.

Maintenant, parlons de la connexion du moteur à la tête de générateur

Q : Comment entraîne-t-on directement une tête de générateur avec un moteur ?

R : assemblage de coupleur d’arbre d’entraînement direct.

Pour connecter l’arbre de sortie d’un moteur à l’arbre d’entrée d’une tête de générateur (ou quoi que ce soit d’autre), un coupleur d’arbre spécial est nécessaire. Fondamentalement, trois pièces sont nécessaires.

Sélectionnez une moitié de coupleur qui est de la bonne taille pour s’adapter à l’arbre du moteur (ou à la ), puis sélectionnez une moitié de coupleur qui est de la bonne taille pour la tête de générateur (ou la taille de l’arbre d’entraînement).

Puis les deux coupleurs d’arbre sont joints à l’aide de ce que l’on appelle un spider.

Notez que les coupleurs d’arbre ont chacun 3 doigts et que le spider a 6 fentes. Les trois doigts du côté moteur s’insèrent dans trois des fentes de l’araignée, et les trois doigts du coupleur côté générateur s’insèrent dans les trois autres fentes de l’araignée. Cet ensemble de coupleurs permet un désalignement de plusieurs degrés entre les deux arbres et protège les roulements de voir les charges latérales qui résulteraient d’un désalignement.

Ces coupleurs sont disponibles dans un tas de tailles. Plusieurs tailles sont disponibles chez TheEpicenter.com.

Q : Lorsque vous construisez votre propre générateur de courant alternatif en utilisant un moteur à gaz et une tête de générateur de courant alternatif, comment configurer la combinaison pour que le système produise la bonne tension de sortie et fasse tourner la tête de générateur à la bonne vitesse ?

R : Deux approches peuvent être adoptées :

Mesurer la tension CA pour ajuster le régime du moteur.

Ce voltmètre CA se branche directement sur n’importe quelle prise CA et affiche la tension mesurée sans avoir besoin d’utiliser un DVM portatif et de coincer des sondes dans une prise CA. Le compteur dispose d’une prise CA intégrée sur la face arrière.

Les tensions comprises dans la plage standard de 115 à 125 volts sont mises en évidence en vert, indiquant les paramètres de tension acceptables. Les tensions en dehors de ces plages sont indiquées en rouge. Ce compteur fournit une indication facile à lire de la tension de sortie du générateur.
Mesurez le régime du moteur avec un tachymètre inductif, et sachez également quand changer l’huile !
Ce dispositif vous permet de surveiller et de régler le régime du moteur de sorte qu’il tourne au régime spécifié requis par la tête du générateur. Il s’agit d’un compteur de tours par minute (RPM) ou d’un tachymètre. Il se connecte par induction au fil de la bougie d’allumage et détecte le taux d’allumage de la bougie sur une période donnée. La mesure résultante est affichée en tours par minute. Le régime du moteur peut alors être réglé jusqu’à ce que le régime spécifié de la tête du générateur soit atteint. Si le RPM est ajusté aux spécifications du fabricant pour la tête de générateur, la sortie nominale du générateur serait alors de 120/240 volts en fonction de la construction et des spécifications de la tête de générateur CA.

L’unité présentée conserve également un total courant de l’utilisation du moteur et affiche le nombre d’heures et de minutes de fonctionnement du moteur. Pendant que le moteur produit un Spark, le RPM est affiché. Une fois que le moteur s’arrête de fonctionner, le temps total de fonctionnement du moteur en termes d’heures et de minutes est affiché. Une chose à noter à propos de ce Tac est que le compteur d’heures ne peut pas être remis à zéro. Cependant, le temps de fonctionnement cumulé affiché est extrêmement utile pour décider quand vous devez effectuer un entretien régulier comme les changements d’huile.

Moteurs qui ne tournent pas à 3600 RPM

Q : Que faire si j’ai un moteur qui ne tourne pas à 3600 RPM ? Peut-on utiliser une tête de générateur comme celle-ci d’une manière ou d’une autre ?

R : Oui ! Mais c’est un peu plus compliqué.

Cette tête de générateur est conçue avec des roulements à billes doubles pour permettre des applications d’entraînement par courroie.

Dans cette configuration, les roulements du générateur voient une charge latérale élevée et toutes les têtes de générateur ne sont pas construites avec les roulements requis pour gérer cette charge latérale. Cependant, la tête de générateur que nous utilisons est conçue pour gérer le travail.

Voici comment vous pourriez déterminer la taille des poulies à utiliser :
Ratio de RPM = Ratio de la taille des poulies

En plus de détails :
RPM du moteur / RPM du générateur = Taille de la poulie du générateur / Taille de la poulie du moteur.

Donc, sachant que le générateur doit tourner à 3600 RPM, définissez ensuite à quelle vitesse le moteur doit tourner. Ce rapport déterminera le rapport des poulies nécessaires.

Disons par exemple que le moteur est un Diesel qui doit tourner à 1800 RPM pour un couple nominal complet. Branchez alors les valeurs dans l’équation et vous obtenez :

1800 RPM / 3600 RPM = 1/2 = Taille de la poulie du générateur / Taille de la poulie du moteur.

Donc, quelle que soit la taille de la poulie sélectionnée pour le générateur, la taille de la poulie du moteur doit être 2 fois supérieure à cette taille.

Le choix de la taille de la poulie est également compliqué par le fait que toutes les poulies ne sont pas disponibles dans tous les diamètres d’arbre. Et, le diamètre extérieur des tailles de poulies n’est pas toujours le diamètre effectif lors de l’utilisation d’un style de courroie par rapport à l’utilisation d’un autre style de courroie. Puisque les courroies de différents styles roulent plus ou moins haut dans la rainure de la poulie, le diamètre effectif de la poulie peut changer si un autre type de courroie est utilisé, mais l’effet est vu sur les deux poulies, donc le rapport de la taille de la poulie est toujours applicable pour la plupart des applications.

Si vous ne pouvez pas définir une paire de poulies qui sont standard, disponibles et vous donnent le rapport exact, alors il y a trois choix :
1. Vous pourriez utiliser ce que l’on appelle une poulie à « pas variable », c’est-à-dire une poulie qui permet de régler la largeur de la rainure. Elles sont très spécialisées et un peu chères. Comme la courroie est de largeur fixe, le réglage de la largeur de la poulie à « pas variable » permet à la courroie de passer plus haut ou plus bas dans la gorge, ce qui permet de régler le « diamètre primitif » de la poulie. Je ne le mentionne que pour des raisons académiques (pour qu’un âne intelligent dehors ne me batte pas à plate couture) parce que les autres choix ci-dessous sont plus simples.

2. Utilisez la paire qui vous donne le moins d’erreur de rapport, puis ajustez l’accélérateur du moteur pour compenser. Cette méthode ne peut pas être réalisée en utilisant simplement un tachymètre sans faire quelques calculs pour corriger la lecture du tac. Un meilleur choix serait d’utiliser un voltmètre et de régler l’accélérateur jusqu’à ce que la sortie de 120 volts du générateur soit atteinte.

3. Vous pourriez utiliser un arbre intermédiaire et une combinaison de deux rapports de poulie. Cette option n’est nécessaire que dans des cas EXTRÊMES où le rapport est tel qu’aucune combinaison ne s’en approche, ou que vous n’avez pas accès à des poulies qui s’adaptent à l’un de vos arbres. Je ne vais pas trop en parler car cela devient un peu compliqué, mais il y a un exemple d’utilisation d’un arbre intermédiaire ci-dessous.

Nous avons mis en place le tableau ci-dessous pour vous aider à trouver les tailles de poulies qui sont considérées comme standard dans l’industrie. Nous ne stockons pas toutes ces tailles mais nous pouvons en commander une spécialement pour vous si vous ne trouvez pas localement celle qui correspond à votre besoin. Les cellules marquées d’un « X » indiquent qu’une poulie est disponible dans la combinaison de l’arbre et du diamètre. Les cellules vides (ou noires selon votre navigateur) indiquent qu’une poulie n’est généralement pas disponible dans cette combinaison de taille d’arbre et de diamètre.

Notez que la  » taille de poulie  » indiquée ci-dessous est le diamètre extérieur. Le diamètre réel du pas dépend de la courroie utilisée. Par exemple, si une courroie de style « A » est utilisée, elles descendent dans la rainure de telle sorte que vous pouvez soustraire 0,25″ de la taille indiquée.

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..

..

Taille de la poulie	Taille de l’arbre
	1/2 pouce	5/8 inch	3/4 inch	7/8 inch	1 inch
1.75	X	X	–	–
2.00	X	X	X	–	–
2.20	X	X	X	–	–
2.50	X	X	X	X	–
2.80	X	X	X	X	–
3.05	–	X	–	X	–
3.45	X	X	X	X	–
3.75	X	X	X	X	X
3.95	X	X	X	X	X
4.25	–	–	–	X	–
4.45	X	X	X	X	X
4.75	–	–	–	X	–
4.95	X	X	X	X	X
5.25	–	–	–	X	–
5.45	X	X	X	X	X
5.75	–	–	–	X	–
5.93	–	X	X	X	X
6.25	–	–	–	X	–
6.93	–		X	X	X
7.93	–	X	X	X	X
8.93	–	X	X	X	X
9.93	–	–	X	X	X
10.93	–	–	X	X	X
11.93	–	–	–	X	X
13.25	–	–	–	–	X
14.16	–	–	–	X	X

Voici un exemple pratique d’utilisation d’un arbre intermédiaire et d’un système à deux arbres. exemple pratique d’utilisation d’un arbre intermédiaire et d’une disposition à double poulie

Dans l’exemple présenté, j’essayais de convertir un moteur à induction en générateur (c’est quelque chose qui est décrit dans le livret « secrets d’alternateur »). Le moteur de gauche est un moteur à puissance unique qui tourne à 3450 tr/min lorsqu’il est alimenté par 120 VAC et le moteur de droite est un moteur à induction qui tourne normalement à 1725 tr/min.

A des fins de test, je voulais utiliser le moteur de gauche pour faire tourner le moteur de droite à la bonne vitesse afin mais je pouvais tester la conversion du moteur à induction, et vérifier la tension de sortie. Cependant, le moteur de droite avait une très petite poulie qui était gelée sur l’arbre et il n’y avait aucun moyen de la retirer. Mon plan initial était d’enlever la poulie et de mettre une poulie à plusieurs étages sur les deux moteurs afin de pouvoir réaliser la réduction de vitesse d’un moteur d’entraînement de 3450 tr/min par une courroie au moteur de 1725 tr/min. Cela nécessitait une poulie deux fois plus petite sur le moteur le plus rapide que sur le moteur le plus lent. Comme je l’ai dit, je n’ai pas pu retirer la poulie du moteur de droite.

Alors, ce que j’ai fini par faire, c’est d’entraîner le moteur de droite par un arbre intermédiaire sur lequel se trouve une poulie à plusieurs étages. Les deux poulies étaient de taille égale, de sorte que la vitesse sur l’arbre intermédiaire serait exactement la même que la vitesse du moteur sur le côté droit. Ensuite, j’ai placé une poulie à plusieurs étages sur le moteur qui tourne normalement à 3 450 tr/min (le moteur de gauche) et je l’ai entraînée par courroie jusqu’à une gorge de poulie sur l’arbre intermédiaire qui était deux fois plus grande. Ainsi, pour chaque tour du moteur de gauche, l’arbre intermédiaire tourne d’un demi-tour, ce qui fait que le rapport de réduction du moteur de gauche au moteur de droite est exactement de la moitié. Ainsi, lorsque le moteur de gauche tourne à 3450 tours par minute, le moteur de droite tournerait à 1725 tours par minute.

Disons que j’aurais pu installer la poulie de taille correcte sur les deux moteurs en premier lieu. Et prétendons que le moteur de gauche est un moteur à gaz et que le moteur de droite est une tête de générateur. Ensuite, la situation est mieux représentée par une équation :

Ratio de RPM = Ratio de la taille de la poulie

Plus en détail : RPM du moteur / RPM de la génératrice = Taille de la poulie de la génératrice / Taille de la poulie du moteur.

Sachant que j’avais besoin que le moteur tourne à 3450 tr/min et que le générateur tourne à 1725 tr/min, alors…. 3450 tr/min / 1725 tr/min = 2

Disons alors que j’ai une poulie de 2 pouces qui s’adapte au côté moteur, cela signifie que le côté générateur doit être deux fois plus grand, soit 4 pouces.

Prenons un autre entraînement par courroie, par exemple

Voici une vieille tête de générateur CA Onan. Cette bête doit tourner à 1800 tours par minute pour fournir 120/240 volts en courant alternatif. La plupart des petits moteurs à essence que vous trouverez ont leur puissance nominale spécifiée à 3600 tr/min. Sachant que le moteur doit tourner à 3600 tr/min pour développer toute sa puissance et sachant également que la tête du générateur Onan doit tourner à 1800 tr/min, il devient évident que nous ne pouvons pas simplement entraîner directement ce générateur particulier avec un moteur à essence. Une certaine forme de réduction de la vitesse est nécessaire.

Pour cette application, la même formule s’applique et est présentée ci-dessous :

RPM du moteur / RPM de la génératrice = Taille de la poulie de la génératrice / Taille de la poulie du moteur.

Sachant que nous aurions besoin que le moteur tourne à 3600 RPM, et que le générateur tourne à 1800 RPM, alors…. 3600 RPM / 1800 RPM = 2

Puisque j’avais déjà une poulie de 3 pouces pour le moteur, je devais déterminer la taille de la poulie qui serait correcte ou l’arbre du générateur. Encore une fois, à partir de l’équation ci-dessus :

2 = Taille de la poulie du générateur / 3″

Donc, la taille de la poulie du générateur devrait être de 6″.

Câblage

L’avantage d’utiliser la tête de générateur CA dans ce projet est que les connecteurs CA sont précâblés aux connecteurs à l’arrière de la tête. Il y a deux connecteurs, un pour 120 volts et un pour 220 volts, chacun ayant deux prises.

• Un duplex 120 volts (deux prises) Prise 20A, 5-20R
• Un duplex 240 volts (deux prises) Prise 15A, 6-15R

La section DC peut être câblée de plusieurs façons selon le type d’alternateur choisi.

Le câblage dépend de l’alternateur que vous choisissez. Les trois types d’alternateur sont représentés.

Ne câblez pas l’alternateur si vous n’êtes pas sûr du type que vous utilisez. Si vous faites une erreur dans le choix de l’alternateur ou du schéma de câblage, vous courez un risque très élevé d’endommager votre batterie, vos appareils électroniques, ou pire encore de provoquer des blessures corporelles ! Consultez un professionnel des pièces détachées pour des informations supplémentaires !

Cet article est destiné à des fins éducatives uniquement. Aucune garantie n’est exprimée ou implicite quant à l’exactitude des informations présentées ici ! Consultez un expert en câblage automobile avant de tenter d’effectuer tout câblage.

Une dernière remarque : si vous utilisez un alternateur qui nécessite un interrupteur externe, vous devrez désactiver l’interrupteur avant de tenter de démarrer le générateur. Une fois que le moteur fonctionne, l’interrupteur peut être mis en position de marche.

Des pièces spéciales utilisées dans plusieurs de nos conseils liés à l’énergie sont disponibles ici à TheEpicenter.com !

• Pièces nécessaires pour le projet de générateur à arbre horizontal
• Pièces nécessaires pour le projet de générateur à arbre vertical
• Pièces nécessaires pour le projet de générateur à entraînement direct

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