Componentes do Sistema de Gerador CA/CC Caseiro
- Motor alimentado a gás (ou Propano)
- Acopladores de eixo de transmissão directa
- Cabeça do gerador AC, 3600 RPM
- Alternador de eixo horizontal, 12 volts ou 24 volts
- Cinto V Industrial
- Pulley (semelhante ao mostrado)
li>Suporte do alternador de eixo horizontal (Epicenter’s own!)
SUBSYSTEM Componentes para o Sistema Gerador AC/DC Caseiro
Principais Componentes na subsecção AC
O projecto pode parar aqui se não for necessário DC*
Componentes que Adicionar capacidade de carregamento DC
Montem o alternador ao motor!
Adicionar este suporte – torna-o mais fácil! Adicionar cabos para o toque final.
* Nota: TheEpicenter.com não vende cabeças de geradores AC.
Perguntas sobre geradores
P: Então porque é que eu quereria alguma vez construir o meu próprio gerador quando posso simplesmente comprar um pronto a usar?
A: Essa é uma boa pergunta!
Em muitos casos, é melhor simplesmente depositar o dinheiro e comprar um gerador AC de qualidade como este
Modelo Generac, mas em outros casos não há realmente maneira de ter tudo o que se quer sem o fazer você mesmo. Isto é, se precisar de muita carga DC e também de energia CA de onda sinusoidal.
Então, pode não custar tanto como se pensa construir o seu sistema ideal se já tiver um dos componentes chave.
Pode ser um daqueles trabalhadores de bricolage que podem ter um motor sobresselente sentado por aí e podem usá-lo para conduzir uma cabeça de gerador sem necessidade de comprar um sistema de gerador CA caro e dedicado. Em alguns casos, poderia ser menos caro comprar a cabeça do gerador e reutilizar um motor de outra coisa de que já não precisa, ou só precisa de alguns meses todos os anos.
Um bom exemplo seria uma pessoa que tenha uma máquina de lavar a pressão sentada à volta que tenha um motor grande, possivelmente de alta qualidade e caro como um Honda. Nesse caso, poderia remover o conjunto da bomba da sua máquina de lavar e fixar uma cabeça de gerador quando necessário no Inverno, e na Primavera poderia remover a cabeça do gerador e voltar a fixar o conjunto da bomba da máquina de lavar a pressão.
Poderia ser feita uma melhor caixa para a construção de um sistema de geração de energia polivalente porque não é algo que se possa comprar actualmente. Nesta aplicação poderá precisar de carregar o banco de baterias como exemplo, ao mesmo tempo que tem alguma energia AC disponível. Nesta aplicação, o mesmo motor pode accionar directamente uma cabeça de gerador enquanto conduz um alternador para fins de carregamento DC.
Em geral, quando alguém quer carregar um banco de baterias, há muitas vezes um excesso de potência disponível que pode ser utilizada para fazer funcionar uma cabeça de gerador AC ao mesmo tempo. Ou, por outro lado, pode precisar de energia CA para fazer reparações em volta da casa com ferramentas eléctricas, ou pode precisar de fazer funcionar o microondas, o frigorífico ou algo assim, e gostaria de carregar as suas baterias ao mesmo tempo.
Mostrado aqui à esquerda está um protótipo de um projecto que estou a experimentar para meu próprio uso.
A cabeça do gerador CA está directamente acoplada ao motor Tecumseh de 8 HP, e tem um alternador de 12 volts accionado por correia montado no nosso suporte do gerador Horizontal que está ligado ao motor. Para obter a potência nominal total de 6.000 W de pico do cabeçote do gerador, este motor específico está sob tensão. Para desenvolver a potência nominal total desta cabeça, o motor deve realmente ser um modelo de 10 HP como o HM100, ou melhor ainda um modelo de 11 HP para um pouco mais de altura. Claro que o funcionamento de um alternador exclusivamente neste motor é um exemplo de excesso de potência, mas a combinação da potência mais baixa da corrente alternada ao mesmo tempo que a corrente contínua está disponível faz uma utilização bastante eficiente do combustível e dos recursos.
Na minha aplicação, não preciso de mais de 2500 watts de potência da corrente alternada, o que normalmente exigiria um motor de cerca de 5 HP. A restante potência de 3 cavalos pode ser dedicada ao subsistema de carga CC utilizando o alternador acoplado.
Aqui está outra vista onde se pode ver a transmissão directa e os componentes de transmissão por correia.
Vejamos o que é realmente necessário para que este gerador produza energia CA para níveis específicos de corrente de saída.
Para potência total, um motor de 11 HP é especificado pelo fabricante, mas outros motores poderão ser utilizados se não violar as regras gerais delineadas abaixo. Tentar extrair mais potência do que a indicada abaixo, utilizando uma potência inferior à potência nominal do motor, fará com que o gerador produza uma tensão CA inferior à saída especificada. Em alguns casos, isto poderá causar uma condição de “brown out” que poderá resultar em danos eléctricos nos dispositivos a serem alimentados. Devem ser tomadas precauções especiais para assegurar que as potências nominais e a potência de saída ou os níveis abaixo não sejam violados.
| saída do gerador CA | Motor tamanho necessário (por exemplo finalidade) |
| 6000W pico, 5000W contínuo (saída AC nominal completa, sem DC) |
11 Horse power |
| 5000W pico, 4000W contínuo | 8 Potência do cavalo |
| 3000W pico, 2500W contínuo | 5 Potência do cavalo |
So, se estiver a usar um motor de 8 HP com esta cabeça de gerador CA e puder assegurar-se de que nunca utilizará mais do que, digamos, 2500W de potência CA, então há potência de cavalo suficiente para poder conduzir um alternador de 12 volts a funcionar, digamos, a 40 amperes (14.4 volts x 40 amps = 576 Watts) com algum espaço para a cabeça quando a correia é accionada do mesmo eixo.
Embora o fabricante declare especificamente que para desenvolver a potência nominal total é necessário um motor de tamanho equivalente a onze cavalos de potência, as versões mais pequenas desta cabeça geradora produzem potências contínuas mais baixas mostradas na tabela e requerem menos cavalos de potência. Extrapolamos os dados mostrados a partir das especificações para as cabeças geradoras mais pequenas, e embora a cabeça maior de pico de 6000W tenha mais massa no rotor, seria de esperar, realisticamente, que não fosse necessária tanta potência adicional para rodar o rotor, especialmente porque são utilizados rolamentos de esferas selados em ambas as extremidades da cabeça.
Acho que o que estou a tentar dizer é que se se puder garantir que nunca se tentaria puxar demasiada CA da cabeça do gerador, então mesmo um pequeno motor não se desligará e haveria potência extra disponível para outras utilizações como o funcionamento de um alternador, como se mostra no protótipo.
Então, vamos discutir algumas das questões
Motores a gás típicos classificam a potência do seu cavalo a 3600 RPM.
Se o motor for utilizado a velocidades inferiores a essa classificação, o motor não desenvolve o binário de saída total e a potência do cavalo.
No entanto, o funcionamento de um motor a uma RPM inferior aumenta a eficiência do combustível e diminui o desgaste, pelo que há sempre trocas.
Deve também ter em conta que estes pequenos motores giram no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio, visto do lado do veio de saída do motor. Isto é algo que surgirá novamente!
Porque a maioria dos motores são classificados a 3600 RPM, notará que muitas cabeças de geradores são também concebidas para serem rodadas a 3600 RPM.
Se tentar rodar a cabeça do gerador CA a uma velocidade inferior à RPM nominal de 3600 neste caso, a tensão de saída CA não será de 120 volts, mas será um valor mais baixo. Alguns equipamentos que pretende alimentar podem ser mais tolerantes em relação à tensão mais baixa, alguns equipamentos podem ser danificados, por isso é fundamental que gire o gerador na RPM correcta.
Mais discussão sobre a definição da RPM do motor e da cabeça do gerador pode ser encontrada na secção seguinte.
Vai querer também notar que o eixo das cabeças do gerador precisa de rodar no sentido dos ponteiros do relógio, tal como visto do lado do eixo da cabeça do gerador. Então, coloque os eixos um de frente para o outro e adivinhe o quê? Tanto o motor como a cabeça do gerador rodam nas direcções correctas. Isto permite a condução directa da cabeça do gerador utilizando um acoplador de eixo.
Agora, vamos falar de Ligar o Motor à Cabeça do Gerador
P: Como se conduz directamente uma cabeça do gerador com um motor?
A: Conjunto de acoplador de veio de transmissão directa.
Para ligar o veio de saída de um motor a um veio de entrada da cabeça do gerador (ou qualquer outra coisa), é necessário um acoplador de veio especial. Basicamente, são necessárias três peças.
Seleccionar uma metade de acoplador que seja o tamanho correcto para caber no veio do motor (ou motor 
Então os dois acopladores de eixo são unidos utilizando o que se chama uma aranha.
Nota que os acopladores de eixo têm 3 dedos cada um e a aranha tem 6 ranhuras. Os três dedos do lado do motor encaixam em três das ranhuras da aranha, e os três dedos do acoplador lateral do gerador encaixam nas outras três ranhuras da aranha. Este conjunto de acoplador permite vários graus de desalinhamento entre os dois eixos e protege os rolamentos de verem cargas laterais que resultariam de desalinhamento.
Estes acopladores estão disponíveis em vários tamanhos. Vários tamanhos estão disponíveis em TheEpicenter.com.
P: Quando está a construir o seu próprio gerador CA utilizando um motor a gás e uma cabeça de gerador CA, como se configura a combinação para que o sistema produza a tensão de saída correcta, e rode a cabeça do gerador à velocidade correcta?
A: Há duas abordagens que podem ser tomadas:
Medir a tensão CA para ajustar a RPM.
Este medidor de voltagem CA liga-se directamente a qualquer tomada CA e mostra a tensão medida sem necessidade de utilizar uma sonda DVM manual e encravar numa tomada CA. O medidor apresenta uma ficha CA integrada na parte de trás.
Voltagens dentro da gama padrão de 115 a 125 volts são realçadas a verde, indicando parâmetros de tensão aceitáveis. As tensões fora dessas gamas são indicadas a vermelho. Este contador fornece uma indicação de fácil leitura da tensão de saída do gerador.
Medir o RPM do motor com um tacómetro indutivo, e também saber quando mudar o óleo!
Este dispositivo permite monitorizar e regular o RPM do motor de modo a que este gire na RPM especificada requerida pela cabeça do gerador. Este é um RPM (rotações por minuto) contador ou conta-rotações. Liga-se indutivamente ao fio da vela e detecta a velocidade a que a vela dispara durante um determinado período de tempo. A medição resultante é exibida em rotações por minuto. As rpm do motor podem então ser ajustadas até ser atingida a RPM especificada da cabeça do gerador. Se a RPM for ajustada à especificação do fabricante para a cabeça do gerador, a potência nominal do gerador seria então 120/240 volts, dependendo da construção e especificações da cabeça do gerador CA.
A unidade mostrada também mantém um total de utilização do motor em funcionamento e mostra o número de horas e minutos que o motor funcionou. Enquanto o motor produz uma faísca, o RPM é exibido. Quando o motor pára de funcionar, é exibido o tempo total de funcionamento do motor em termos de horas e minutos. Uma coisa a notar sobre este Tac é que o contador de horas não pode ser reiniciado. Contudo, o tempo acumulado de funcionamento apresentado é extremamente útil para decidir quando é necessário efectuar uma manutenção regular, tal como mudanças de óleo.
Motores que não giram a 3600 RPM
P: E se eu tiver um motor que não gire a 3600 RPM? Pode uma cabeça de gerador como esta ser usada de alguma forma?
R: Sim! Mas é um pouco mais complicado.
Configuração de Accionamento por CorreiaEsta cabeça do gerador foi concebida com rolamentos duplos de esferas para permitir aplicações de accionamento por correia.
Nesta configuração, os rolamentos do gerador vêem uma carga lateral elevada e nem todas as cabeças do gerador são construídas com os rolamentos necessários para lidar com esta carga lateral. Contudo, a cabeça do gerador que utilizamos é concebida para lidar com o trabalho.
Aqui está como se calcula o tamanho das polias a utilizar:
Rácio de RPM = Rácio de tamanho das polias
Em mais detalhe:
RPM do motor / RPM do gerador = Tamanho da polia do gerador / Tamanho da polia do motor.
Então, sabendo que o gerador precisa de rodar a 3600 RPM, defina em seguida a que velocidade o motor precisa de funcionar. Esta relação determinará a relação de polias necessárias.
P>Vamos dizer, por exemplo, que o motor é um Diesel que precisa de funcionar a 1800 RPM para um binário nominal completo. Depois ligue os valores à equação e obterá:
1800 RPM / 3600 RPM = 1/2 = Tamanho da polia do gerador / Tamanho da polia do motor.
Assim, o tamanho da polia do motor deve ser 2 vezes o tamanho da polia.
A selecção do tamanho da polia é também complicada pelo facto de nem todas as polias estarem disponíveis em todos os diâmetros de eixo. E, o diâmetro exterior das roldanas nem sempre é o diâmetro efectivo quando se usa um estilo de correia em vez de se usar outro estilo de correia. Uma vez que correias de diferentes estilos andam mais ou menos na ranhura da polia, o diâmetro efectivo da polia pode mudar se for utilizado outro tipo de correia, mas o efeito é visto em ambas as polias, pelo que a relação do tamanho da polia ainda é aplicável para a maioria das aplicações.
Se não for possível definir um par de polias que sejam padrão, disponíveis e lhe dêem a relação exacta, então há três escolhas:
1. Poderá usar o que se chama uma polia de “passo variável”, que é uma polia que permite ajustar a largura da ranhura. São muito especializadas e um pouco caras. Uma vez que a correia é uma largura fixa, ajustar a largura da polia de “passo variável” faz com que a correia suba ou desça na ranhura, ajustando assim eficazmente o “diâmetro do passo” da polia. Menciono isto apenas por razões académicas (para que alguns espertalhões lá fora não me batam ao murro) porque as outras escolhas abaixo são mais simples.
2. Use o par que lhe dá o menor erro de relação, e depois ajuste o acelerador do motor para compensar. Este método não pode ser executado simplesmente utilizando um tacómetro sem fazer alguns cálculos para corrigir a leitura táctica. Uma melhor escolha seria usar um voltímetro e ajustar a borboleta até se obter uma saída de 120 volts do gerador.
3. Poder-se-ia usar um veio intermédio e uma combinação de duas relações de roldana. Esta opção só é necessária nos casos EXTREME em que a relação é tal que não há combinações que se aproximem, ou não tem acesso a roldanas que encaixem numa das suas roldanas. Não vou discutir isto tanto porque se torna um pouco complicado, mas há um exemplo de um eixo intermédio a ser utilizado abaixo.
Apresentamos a tabela abaixo para o ajudar a encontrar tamanhos de roldanas que são considerados padrão na indústria. Não temos em stock todos estes tamanhos, mas podemos encomendar um especial para si se não encontrar localmente um que se adapte às suas necessidades. As células marcadas com “X” indicam que uma roldana está disponível na combinação de eixo e diâmetro. As células que estão em branco (ou pretas dependendo do seu navegador) indicam que uma polia não está tipicamente disponível nessa combinação de tamanho de eixo e diâmetro.
Nota que o “tamanho da polia” mostrado abaixo é o diâmetro exterior. O diâmetro real do passo depende da correia utilizada. Por exemplo, se for utilizada uma cinta do tipo “A”, esta desce na ranhura de forma a que se possa subtrair 0,25″ ao tamanho mostrado.
| Pulley size | Shaft size | ||||
| 1/2 inch | 5/8 inch | 3/4 inch | 7/8 inch | 1 inch | |
| 1.75 | X | X | – | – | ->/td> |
| 2.00 | X | X | X | – | |
| 2.20 | X | X | X | – | |
| 2.50 | X | X | X | X | ->/td>>->/td> |
| 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 | ->/td>>->/td> | |
| 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 | XX | |
| 8.93 | X | 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 |
Aqui é um exemplo prático de utilização de eixo intermédio e disposição de polias duplas
No exemplo mostrado, Estava a tentar converter um motor de indução num gerador (isso é algo que está delineado no folheto “segredos do alternador”). O motor da esquerda é um motor de potência rouco que gira a 3.450 rpm quando alimentado com 120 VAC e o motor da direita é um motor de indução que funciona normalmente a 1725 rpm.
Para efeitos de teste, queria usar o motor da esquerda para girar o motor da direita à velocidade correcta, para poder testar a conversão do motor de indução, e verificar a voltagem de saída. No entanto, o motor da direita tinha uma polia muito pequena que estava congelada no eixo e não havia maneira de a remover. O meu plano original era remover a polia e colocar uma polia de vários degraus em ambos os motores para que eu pudesse conseguir a redução da engrenagem de um motor de 3450 rpm através de uma correia até ao motor de 1725 rpm. Isso exigiria ter uma roldana com metade do tamanho no motor mais rápido como o tamanho da roldana no motor mais lento. Como disse, não conseguia tirar a polia do motor à direita.
Então, o que acabei por fazer foi conduzir o motor à direita através de um eixo intermédio que tinha uma polia de vários degraus. As duas polias tinham o mesmo tamanho, pelo que a velocidade no veio intermédio seria exactamente a mesma que a velocidade do motor do lado direito. Em seguida, coloquei uma polia de vários degraus no motor que normalmente gira a 3.450 rpm (o motor esquerdo) e uma correia conduziu-a a uma ranhura da polia no veio intermédio que tinha o dobro do tamanho. Assim, para cada rotação do motor à esquerda, o eixo intermédio rodaria 1/2 de uma rotação, o que faria com que a redução da engrenagem do motor esquerdo para o motor direito fosse exactamente metade. Assim, quando o motor da esquerda rodasse a 3450 rpm, o motor da direita rodaria a 1725 rpm.
Vamos fingir que poderia ter instalado a polia de tamanho correcto em ambos os motores em primeiro lugar. E vamos fingir que o motor da esquerda é um motor a gás e o motor da direita é uma cabeça de gerador. Depois, a situação é melhor mostrada com uma equação:
Ratio de RPM = Rácio de tamanho de roldana
Em mais detalhe: RPM do motor / RPM do gerador = Tamanho da polia do gerador / Tamanho da polia do motor.
P>Conhecimento de que precisava do motor para funcionar a 3450 rpm e do gerador para funcionar a 1725 rpm, então… 3450 RPM / 1725 RPM = 2
Então digamos que tenho uma polia de 2″ que encaixa no lado do motor, o que significa que o lado do gerador tem de ser duas vezes maior, ou 4″.
Passemos por outra unidade de correia, por exemplo
Aqui está uma cabeça de gerador AC Onan antiga. Esta besta precisa de rodar a 1800 rpm para fornecer 120/240 volts CA. A maioria dos pequenos motores a gasolina tem a sua potência nominal de potência especificada a 3600 rpm. Sabendo que as rpm do motor têm de estar a 3600 rpm para desenvolver potência total e também sabendo que a cabeça do gerador Onan precisa de rodar 1800 rpm, torna-se óbvio que não podemos simplesmente conduzir directamente este gerador em particular com um motor a gasolina. É necessária alguma forma de redução de velocidade.
Para esta aplicação aplica-se a mesma fórmula e é mostrada abaixo:
RPM do motor / RPM do gerador = Tamanho da polia do gerador / Tamanho da polia do motor.
A consciência de que precisaríamos do motor para funcionar a 3600 RPM, e do gerador para funcionar a 1800 rpm, então… 3600 RPM / 1800 RPM = 2
Desde que eu já tinha uma polia de 3″ para o motor, precisava de determinar o tamanho da polia que seria correcto ou o eixo do gerador. Mais uma vez, da equação acima:
2 = Tamanho da polia do Gerador / 3″
P>Então, o tamanho da polia do Gerador teria de ser de 6″.
Ligação para cima
A vantagem de usar a cabeça do gerador CA neste projecto é que os conectores CA são pré-conectados a conectores na parte de trás da cabeça. Existem dois conectores, um para 120 volts e outro para 220 volts, cada um com duas tomadas.
- Um Duplex de 120 volts (duas tomadas) Receptáculo de 20A, 5-20R
- Um Duplex de 240 volts (duas tomadas) Receptáculo de 15A, 6-15R
A secção DC pode ser ligada de várias maneiras dependendo do tipo de alternador que for seleccionado.
A cablagem depende do alternador que se escolher. Todos os três tipos de alternador são mostrados.
Não ligar o alternador, a menos que tenha a certeza do tipo de alternador que está a utilizar. Se cometer um erro na selecção do alternador ou diagrama de cablagem, corre um risco muito elevado de danificar a sua bateria, dispositivos electrónicos, ou pior ainda de causar danos pessoais! Consulte um profissional de peças para informações adicionais!
Este artigo destina-se apenas a fins educativos. Nenhuma garantia é expressa ou implícita quanto à exactidão das informações aqui apresentadas! Consulte um especialista em cablagem automóvel antes de tentar efectuar qualquer cablagem.
Uma nota final: Se estiver a utilizar um alternador que exija um interruptor externo, terá de desligar o interruptor antes de tentar ligar o gerador. Uma vez o motor em funcionamento, o interruptor pode ser colocado na posição ligada.
Peças especiais usadas em muitas das nossas dicas relacionadas com a energia estão disponíveis aqui no TheEpicenter.com!
- Peças necessárias para o Projecto de Gerador de Eixo Horizontal
- Peças necessárias para o Projecto de Gerador de Eixo Vertical
- Peças necessárias para o Projecto de Gerador de Accionamento Directo
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