Construye un sistema generador casero de CA/CC de alta potencia

* Por favor, ten en cuenta: TheEpicenter.com no vende cabezas de generador de CA.

Preguntas sobre el generador

¿Por qué querría construir mi propio generador cuando puedo comprar uno listo para usar?

R: ¡Esa es una muy buena pregunta!

En muchos casos es mejor simplemente poner el dinero y comprar un generador de CA de calidad como este modelo Generac, pero en otros casos realmente no hay manera de tener todo lo que quieres sin hacerlo tú mismo. Es decir, si necesita mucha carga de CC y también energía de CA de onda sinusoidal también.

Entonces, de nuevo, podría no costar tanto como usted podría pensar para construir su sistema ideal si ya tiene uno de los componentes clave.

Usted podría ser uno de esos bricolaje que podría tener un motor de repuesto sentado alrededor y podría utilizarlo para conducir una cabeza de generador sin necesidad de comprar un sistema de generador de CA caro y dedicado. En algunos casos podría ser menos costoso comprar el cabezal del generador y reutilizar un motor de otra cosa que ya no se necesita, o sólo se necesita para unos pocos meses cada año.

Un buen ejemplo sería una persona que tiene una lavadora a presión por ahí que tiene un motor grande, posiblemente uno de alta calidad y caro como un Honda. En ese caso, podría quitar el conjunto de la bomba de su lavadora y adjuntar un cabezal generador cuando sea necesario en el invierno, y en la primavera podría quitar el cabezal generador y volver a colocar el conjunto de la bomba de la lavadora a presión.

Se podría hacer un mejor caso para la construcción de un sistema de generación de energía multipropósito porque no es algo que se pueda comprar actualmente. En esta aplicación se podría necesitar cargar un banco de baterías, por ejemplo, al mismo tiempo que se dispone de energía de CA. En esta aplicación el mismo motor puede accionar directamente una cabeza generadora mientras que la correa conduce un alternador para fines de carga de CC.

En general, cuando alguien quiere cargar un banco de baterías a menudo hay un exceso de potencia disponible que podría ser utilizado para hacer funcionar una cabeza generadora de CA al mismo tiempo. O por otro lado, usted podría necesitar energía de CA para hacer reparaciones alrededor de la casa con herramientas eléctricas, o podría necesitar hacer funcionar el microondas, el refrigerador o algo, y le gustaría cargar sus baterías al mismo tiempo.

Aquí a la izquierda se muestra un prototipo de un proyecto con el que estoy experimentando para mi propio uso.

El cabezal del generador de CA está acoplado directamente al motor Tecumseh de 8 HP, y tiene un alternador de 12 voltios accionado por correa montado en nuestro soporte horizontal del generador que está unido al motor. Para obtener la potencia nominal completa de 6.000 W de pico de la cabeza del generador, este motor en particular es de baja potencia. Para desarrollar toda la potencia nominal de este cabezal, el motor debería ser realmente un modelo de 10 CV como el HM100, o mejor aún un modelo de 11 CV para tener un poco más de margen. Por supuesto, el funcionamiento de un alternador exclusivamente en este motor es un ejemplo de exageración, pero la combinación de la menor salida de CA al mismo tiempo que la CC está disponible hace un uso bastante eficiente de combustible y recursos.

En mi aplicación, no requiero más de 2500 vatios de potencia de CA que normalmente requeriría un motor de 5 CV. Los 3 caballos de potencia restantes pueden dedicarse al subsistema de carga de CC utilizando el alternador adjunto.

Aquí hay otra vista en la que se puede ver la transmisión directa y los componentes de la transmisión por correa.

Veamos lo que realmente se requiere para que este cabezal generador produzca corriente alterna para niveles específicos de corriente de salida.

Para la potencia total, el fabricante especifica un motor de 11 caballos, pero se podrían utilizar otros motores si no se violan las reglas generales que se indican a continuación. Intentar extraer más potencia de la que se muestra a continuación utilizando una potencia nominal del motor inferior a la especificada hará que el generador produzca una tensión de CA inferior a la salida especificada. En algunos casos, esto podría causar una condición de «apagón» que podría resultar en daños eléctricos a los dispositivos alimentados. Deben tomarse precauciones especiales para garantizar que no se violen los valores nominales de caballos de fuerza y la potencia de salida o los niveles indicados a continuación.

Así que, si usted está usando un motor de 8 HP con esta cabeza de generador de CA y puede asegurar que nunca va a utilizar más de digamos 2500W de potencia de CA, entonces hay suficiente potencia de caballo que queda para ser capaz de correa de transmisión de un alternador de 12 voltios que funciona en digamos 40 amperios (14.4 voltios x 40 amperios = 576 vatios) con un poco de espacio para la cabeza cuando se acciona por correa desde el mismo eje.

Aunque el fabricante afirma específicamente que para desarrollar la salida nominal completa se requiere un tamaño de motor equivalente a once caballos de fuerza, las versiones más pequeñas de esta cabeza de generador producen índices continuos más bajos que se muestran en la tabla y requieren menos caballos de fuerza. Hemos extrapolado los datos mostrados de las especificaciones de las cabezas generadoras más pequeñas, y aunque la cabeza más grande de 6000W de pico tiene más masa en el rotor, esperaríamos de forma realista que no requiera tanta potencia adicional para hacer girar el rotor, especialmente porque se utilizan rodamientos de bolas sellados en ambos extremos de la cabeza.

Supongo que lo que estoy tratando de decir es que si usted puede garantizar que nunca trataría de tirar demasiado de CA de la cabeza del generador, entonces incluso un pequeño motor no se empantanará y habría caballos de fuerza extra disponibles para otros usos como el funcionamiento de un alternador como se muestra en el prototipo.

Así que, vamos a discutir algunas de las cuestiones

Los motores de gas típicos clasifican su potencia en caballos a 3600 RPM.

Si el motor se utiliza a velocidades por debajo de esa clasificación, el motor no desarrolla todo el par de salida nominal y la potencia en caballos.

Sin embargo, el funcionamiento de un motor a un menor número de revoluciones aumenta la eficiencia del combustible y disminuye el desgaste, por lo que siempre hay compensaciones.

También debe tener en cuenta que el eje de salida de estos pequeños motores gira en sentido contrario a las agujas del reloj visto desde el lado del eje de salida del motor. Esto es algo que surgirá de nuevo!

Debido a que la mayoría de los motores están clasificados a 3600 RPM, usted notará que muchas cabezas de generador también están diseñadas para ser giradas a 3600 RPM.

Si usted intenta hacer funcionar la cabeza del generador de CA a velocidades por debajo de las RPM clasificadas de 3600 en este caso, el voltaje de salida de CA no será de 120 voltios, sino que será un valor más bajo. Algunos equipos que usted pretende alimentar pueden ser más indulgentes con el voltaje más bajo, algunos equipos podrían ser dañados, por lo que es crítico que usted haga girar el generador a las RPM correctas.
Más discusión sobre el ajuste de las RPM del motor y la cabeza del generador se puede encontrar en la siguiente sección.

También querrá tener en cuenta que el eje de las cabezas del generador tiene que girar en la dirección de las agujas del reloj visto desde el lado del eje de la cabeza del generador. Por lo tanto, coloque los ejes uno frente al otro y ¿adivine qué? Tanto el motor como la cabeza del generador giran en la dirección correcta. Esto permite el accionamiento directo del cabezal del generador mediante el uso de un acoplador de ejes.

Ahora, hablemos de la conexión del motor al cabezal del generador

Por qué se acciona directamente un cabezal del generador con un motor?

R: Conjunto de acoplador de eje de accionamiento directo.

Para conectar el eje de salida de un motor a un eje de entrada del cabezal del generador (o cualquier otra cosa), se necesita un acoplador de eje especial. Básicamente, se necesitan tres piezas.

Seleccione una mitad del acoplador que sea del tamaño correcto para encajar el eje del motor (o el tamaño del eje de conducción ), luego seleccione una mitad del acoplador que sea del tamaño correcto para la cabeza del generador (o el tamaño del eje de conducción).

Entonces los dos acopladores de eje se unen usando lo que se llama una araña.

Nota que los acopladores de eje tienen cada uno 3 dedos y la araña tiene 6 ranuras. Los tres dedos del lado del motor encajan en tres de las ranuras de la araña, y los tres dedos del acoplador del lado del generador encajan en las otras tres ranuras de la araña. Este conjunto de acopladores permite varios grados de desalineación entre los dos ejes y protege los rodamientos de ver las cargas laterales que resultarían de la desalineación.

Estos acopladores están disponibles en un montón de tamaños. Varios tamaños están disponibles en TheEpicenter.com.

P: Cuando estás construyendo tu propio generador de CA usando un motor de gas y una cabeza de generador de CA, ¿cómo configuras la combinación para que el sistema produzca el voltaje de salida correcto, y gire la cabeza del generador a la velocidad correcta?

R: Hay dos enfoques que se pueden tomar:

Medir el voltaje de CA para ajustar las RPM del motor.

Este medidor de voltios de CA se conecta directamente a cualquier toma de corriente de CA y muestra el voltaje medido sin necesidad de utilizar un DVM de mano y atascar las sondas en una toma de corriente de CA. El medidor cuenta con un enchufe de CA incorporado en la parte posterior.

Los voltajes dentro del rango estándar de 115 a 125 voltios se resaltan en verde indicando parámetros de voltaje aceptables. Los voltajes fuera de esos rangos se indican en rojo. Este medidor proporciona una indicación fácil de leer de la tensión de salida del generador.
Medir las RPM del motor con un tacómetro inductivo, y también saber cuándo cambiar el aceite.
Este dispositivo le permite monitorizar y ajustar las rpm del motor para que gire a las RPM especificadas por el cabezal del generador. Se trata de un medidor de RPM (revoluciones por minuto) o tacómetro. Se conecta de forma inductiva al cable de la bujía y detecta la velocidad a la que se dispara la bujía durante un periodo de tiempo determinado. La medición resultante se muestra en revoluciones por minuto. Las revoluciones del motor pueden entonces ajustarse hasta que se alcancen las RPM especificadas por la cabeza del generador. Si las RPM se ajustan a la especificación del fabricante para el cabezal del generador, la salida nominal del generador sería entonces de 120/240 voltios, dependiendo de la construcción y las especificaciones del cabezal del generador de CA.

La unidad mostrada también mantiene un total de uso del motor y muestra el número de horas y minutos que el motor ha operado. Mientras el motor produce una chispa, se muestran las RPM. Una vez que el motor deja de funcionar se muestra el tiempo total que el motor ha operado en términos de horas y minutos. Una cosa a tener en cuenta sobre este Tac es que el contador de horas no se puede reiniciar. Sin embargo, el tiempo de funcionamiento acumulado que se muestra es extremadamente útil para decidir cuándo debe realizar el mantenimiento regular, como los cambios de aceite.

Motores que no giran a 3600 RPM

Por qué si tengo un motor que no gira a 3600 RPM? ¿Se puede utilizar de alguna manera una cabeza generadora como esta?

R: ¡Sí! Pero es un poco más complicado.

Este cabezal de generador está diseñado con rodamientos de bolas dobles para permitir aplicaciones de transmisión por correa.

En esta configuración, los rodamientos del generador ven una alta carga lateral y no todos los cabezales de generador se construyen con los rodamientos necesarios para manejar esta carga lateral. Sin embargo, el cabezal del generador que utilizamos está diseñado para manejar el trabajo.

Así es como se puede calcular el tamaño de las poleas a utilizar:
Relación de RPM = Relación del tamaño de la polea

En más detalle:
RPM del motor / RPM del generador = Tamaño de la polea del generador / Tamaño de la polea del motor.

Así que, sabiendo que el generador tiene que girar a 3600 RPM, a continuación se define a qué velocidad tiene que funcionar el motor. Esta relación determinará la relación de las poleas requeridas.

Digamos, por ejemplo, que el motor es un Diesel que necesita funcionar a 1800 RPM para el par nominal completo. Entonces introduzca los valores en la ecuación y obtendrá:

1800 RPM / 3600 RPM = 1/2 = Tamaño de la polea del generador / Tamaño de la polea del motor.

Así que, sea cual sea el tamaño de la polea seleccionada para el generador, el tamaño de la polea del motor debe ser 2 veces ese tamaño.

La selección del tamaño de la polea también se complica por el hecho de que no todas las poleas están disponibles en todos los diámetros de eje. Y, el diámetro exterior de los tamaños de las poleas no siempre es el diámetro efectivo cuando se utiliza un estilo de correa en contraposición al uso de otro estilo de correa. Dado que las correas de diferentes estilos montan más alto o más bajo en la ranura de la polea, el diámetro efectivo de la polea puede cambiar si se utiliza otro tipo de correa, pero el efecto se ve en ambas poleas, por lo que la relación del tamaño de la polea sigue siendo aplicable para la mayoría de las aplicaciones.

Si usted no puede definir un par de poleas que sean estándar, disponibles y que le den la relación exacta, entonces hay tres opciones:
1. Podría utilizar lo que se llama una polea de «paso variable», que es una polea que permite ajustar el ancho de la ranura. Son muy especializadas y un poco caras. Dado que la correa tiene una anchura fija, el ajuste de la anchura de la polea de «paso variable» hace que la correa se desplace más arriba o más abajo en la ranura, con lo que se ajusta efectivamente el «diámetro de paso» de la polea. Menciono esto sólo por razones académicas (para que algún listillo por ahí no me gane la partida) porque las otras opciones de abajo son más sencillas.

2. Utiliza el par que te dé el menor error de relación, y luego ajusta el acelerador del motor para compensar. Este método no se puede realizar simplemente usando un tacómetro sin hacer algunos cálculos para corregir la lectura del tac. Una mejor opción sería utilizar un voltímetro y ajustar el acelerador hasta que se logre una salida de 120 voltios del generador.

3. Usted podría utilizar un eje intermedio y una combinación de dos relaciones de poleas. Esta opción sólo es necesaria en casos EXTREMOS en los que la relación es tal que no hay combinaciones que se acerquen, o no tienes acceso a poleas que se ajusten a uno de tus ejes. No voy a discutir esto mucho ya que se vuelve un poco complicado, pero hay un ejemplo de un eje intermedio que se utiliza a continuación.

Hemos reunido la tabla de abajo para ayudarle a encontrar tamaños de polea que se consideran estándar en la industria. No tenemos en stock todos estos tamaños pero podemos hacer un pedido especial para usted si no puede encontrar uno localmente que se ajuste a su necesidad. Las celdas marcadas con una «X» indican que una polea está disponible en la combinación de eje y diámetro. Las celdas que están en blanco (o en negro, dependiendo de su navegador) indican que una polea no está típicamente disponible en esa combinación de tamaño de eje y diámetro.

Observe que el «tamaño de la polea» que se muestra a continuación es el diámetro exterior. El diámetro de paso real depende de la correa que se utilice. Por ejemplo, si se utiliza una correa de estilo «A», se desplazan hacia abajo en la ranura de tal manera que se puede restar 0,25″ del tamaño mostrado.

Tamaño de la polea	Tamaño del eje
	1/2 pulgadas	5/8 inch	3/4 inch	7/8 inch	1 pulgada
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	–		–	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	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

He aquí un ejemplo práctico de uso de eje intermedio y disposición de poleas dobles

En el ejemplo mostrado, estaba intentando convertir un motor de inducción en un generador (eso es algo que se indica en el folleto «secretos del alternador»). El motor de la izquierda es un motor de una potencia ronca que gira a 3.450 rpm cuando se alimenta con 120 VAC y el motor de la derecha es un motor de inducción que funciona normalmente a 1725 rpm.

Para propósitos de prueba, quería utilizar el motor de la izquierda para hacer girar el motor de la derecha a la velocidad correcta, así que pero podría probar la conversión del motor de inducción, y verificar la tensión de salida. Sin embargo, el motor de la derecha tenía una polea muy pequeña que estaba congelada en el eje y no había manera de quitarla. Mi plan original era quitar la polea y poner una polea de varios pasos en ambos motores para poder lograr la reducción de velocidad de un motor de 3450 rpm a través de una correa al motor de 1725 rpm. Eso requeriría tener una polea de la mitad del tamaño en el motor más rápido como el tamaño de la polea en el motor más lento. Como dije, no pude sacar la polea del motor de la derecha.

Así que, lo que terminé haciendo fue conducir el motor de la derecha a través de un eje intermedio que tenía una polea de varios pasos en él. Las dos poleas eran de igual tamaño por lo que la velocidad en el eje intermedio sería exactamente la misma que la del motor del lado derecho. A continuación, coloqué una polea multipaso en el motor que normalmente gira a 3.450 rpm (el motor izquierdo) y la conduje por correa a una ranura de la polea en el eje intermedio que tenía el doble de tamaño. Así, por cada revolución del motor de la izquierda, el eje intermedio giraría 1/2 revolución, lo que provocaría que la reducción del engranaje del motor de la izquierda al de la derecha fuera exactamente la mitad. Por lo tanto, cuando el motor de la izquierda giraba a 3450 rpm el motor de la derecha giraría a 1725 rpm.

Supongamos que podría haber instalado la polea de tamaño correcto en ambos motores en primer lugar. Y hagamos de cuenta que el motor de la izquierda es un motor de gas y el motor de la derecha es una cabeza generadora. Entonces, la situación se muestra mejor con una ecuación:

Relación de RPM = Relación del tamaño de la polea

En más detalle: RPM del motor / RPM del generador = Tamaño de la polea del generador / Tamaño de la polea del motor.

Sabiendo que necesitaba que el motor funcionara a 3450 RPM y el generador a 1725 RPM, entonces. 3450 RPM / 1725 RPM = 2

Entonces digamos que tengo una polea de 2″ que encaja en el lado del motor, eso significa que el lado del generador necesita ser el doble de grande, o 4″.

Tomemos otra transmisión por correa, por ejemplo

Aquí hay una cabeza de generador Onan AC viejo. Esta bestia necesita girar a 1800 rpm para entregar 120/240 voltios AC. La mayoría de los pequeños motores de gasolina que encontrarás tienen su potencia nominal especificada a 3600 rpm. Sabiendo que el motor debe estar a 3600 rpm para desarrollar todos los caballos de fuerza y también sabiendo que el cabezal del generador Onan necesita girar a 1800 rpm es obvio que no podemos simplemente accionar directamente este generador en particular con un motor de gasolina. Se requiere alguna forma de reducción de velocidad.

Para esta aplicación se aplica la misma fórmula y se muestra a continuación:

RPM del motor / RPM del generador = Tamaño de la polea del generador / Tamaño de la polea del motor.

Sabiendo que necesitaríamos que el motor funcionara a 3600 RPM, y el generador a 1800 rpm, entonces 3600 RPM / 1800 RPM = 2

Como ya tenía una polea de 3″ para el motor, necesitaba determinar el tamaño de polea que sería correcto o el eje del generador. De nuevo, a partir de la ecuación anterior:

2 = Tamaño de la polea del generador / 3″

Así, el tamaño de la polea del generador tendría que ser de 6″.

Cableando

La ventaja de utilizar el cabezal del generador de CA en este proyecto es que los conectores de CA están pre-cableados a los conectores en la parte posterior del cabezal. Hay dos conectores, uno para 120 voltios y otro para 220 voltios, cada uno con dos tomas.

• Un dúplex de 120 voltios (dos tomas) Receptor de 20A, 5-20R
• Un dúplex de 240 voltios (dos tomas) Receptor de 15A, 6-15R

La sección de CC puede ser cableada de varias maneras dependiendo del tipo de alternador que se seleccione.

El cableado depende del alternador que se elija. Se muestran los tres tipos de alternador.

No cablee el alternador a menos que esté seguro del tipo que está utilizando. Si comete un error en la selección del alternador o en el diagrama de cableado, corre el riesgo de dañar la batería, los dispositivos electrónicos o, lo que es peor, de causar daños personales. Consulte a un profesional de las piezas para obtener información adicional!

Este artículo está destinado a fines educativos solamente. ¡No hay garantías expresas o implícitas en cuanto a la exactitud de la información presentada aquí! Consulte con un experto en cableado automotriz antes de intentar llevar a cabo cualquier cableado.

Una nota final: Si está utilizando un alternador que requiere un interruptor externo, tendrá que apagar el interruptor antes de intentar arrancar el generador. Una vez que el motor esté en marcha, el interruptor puede ponerse en la posición de encendido.

¡Las piezas especiales utilizadas en muchos de nuestros consejos relacionados con la energía están disponibles aquí en TheEpicenter.com!

• Piezas necesarias para el proyecto de generador de eje horizontal
• Piezas necesarias para el proyecto de generador de eje vertical
• Piezas necesarias para el proyecto de generador de transmisión directa
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