Fabrication maison d'une génératrice AC triphasé

[Michel37]

Bonjour à tous,

Je suis nouveau sur ce forum et j’ai pour projet (déjà quelque peu avancé) de fabriquer une génératrice AC triphasé.

Mes connaissances en induction magnétique sont très récentes et parfois assez limitées mais me suis très largement documenté sur internet pour en savoir un minimum.

Me suis d'ailleurs inspiré du projet de MatEA57 et des échanges qu’il a eu entre autre avec Dedelco.

Je viens de recevoir mes 40 aimants Fer Néodyme Bore pour 350 €, ouf!
C'est dire que mon projet est sérieux et que je souhaite aboutir sans trop laisser de place à l'improvisation.

Il ne s'agit pas de réaliser une éolienne (hélas suis en site classé donc les Bâtiments de France...) mais bien de fabriquer une génératrice type éolienne pour produire du courant à faible rotation du rotor.

Cahier des charges :
- fil de cuivre émaillé AWG 14 gauges diamètre 1.6 mm
- aimants terres rares diamètre 35 mm épaisseur 15 mm, force N45, rémanence de 1.32 T ou 13200 Gauss, force d'adhérence annoncée de 32 kg
- 2 disques rotor en acier tourné et parfaitement équilibré, diamètre 300 mm, épaisseur 10 mm, alésage 25 mm pour être monté sur un arbre de guidage acier de 25 mm et posé sur 2 paliers roulement à billes
Chaque disque recevant les aimants sera monté en vis à vis de l'autre avec les pôles N-S, S-N, N-S-, S-N alternés.

Je précise que la fréquence en Hertz a peu d'importance puisque il est question de redresser et lisser la tension par des ponts de diodes et un condensateur du moment que le générateur débite au minimum 24V pouvant monter jusqu'à 72 V en relation avec le nombre de Tr/mn et si possible avec un courant élevé.

Enfin mes questions :

Question 1
Sachant que le champ B se trouve sur l'axe de symétrie du cylindre magnétisé axialement, à quel diamètre le mandrin de la bobine doit-il correspondre pour obtenir le maximum du flux d'induction?
Je veux dire par là, est- ce important que le diamètre intérieur de la bobine soit égal à celui de l'aimant pour obtenir le maximum de tension induite par spire moyenne?

Vos réponses impliquent une réflexion quant aux dimensions de la bobine => diamètres int et ext, épaisseur pour déterminer:

A - le nombre de spires et le diamètre moyen de celle-ci pour calculer la tension sous une certaine fréquence en Hz et une valeur de B envisageable et tout ça selon votre formule :

2xPix50Hz x B x (Pi x r^2) j'ai pris ici 50Hz comme pour votre exemple avec MatEA57

B - le nombre de bobines transposables pour respecter l'équilibre de 4 aimants par série de 3 bobines pour un courant triphasé, tout en gardant à l'esprit que j'utilise un rotor de 300 mm de diamètre !

Précision importante: j'estime pouvoir réaliser le stator avec les aimants à distance de 2 mm des bobines => 1 mm prévu entre stator et aimants et sous 1 mm de résine époxy d'où une certaine valeur de B calculable selon la formule :

https://www.econologie.info/share/partag ... crjBbN.doc



J'ai trouvé 3849.37 gauss soit .385 Teslas environ !! très bas comme valeur, suis déçu vu la puissance des aimants !

Question 2
B sera-t-il augmenté avec un noyau en fer doux à l'intérieur de la bobine?
Je crois connaître la réponse avec un problème d'entrainement difficile lié à l'attraction d'où certainement un couple élevé pour faire tourner le rotor, n'est-ce pas?

B sera-t-il différent avec une bobine prise en "sandwitch entre un pôle Nord et un pôle Sud?

Question 3
L’on évalue une densité de flux magnétique en fonction des caractéristiques de l’aimant et de sa distance par rapport au diamètre moyen en m2 de la 1ère spire, tout cela reste théorique !
Mais comment avoir une idée à peu près réaliste de la tension et du courant sachant que n spires est n fois plus loin, à chaque enroulement longitudinale, du pôle Nord ou Sud de l’aimant ?


Bon et bien j'arrête avec toutes mes questions, j'en ai d'autres en sommeil mais qui seront à poser quand j'aurai enfin pu déterminer le format et le nombre de bobines à utiliser.
(à savoir, calcul de la valeur du courant induit en A ...)

Pouvez-vous m'éclairer par rapport à ce projet précis?
J'espère ne pas avoir été trop exhaustif, le pire restant à venir (mdr!)

Merci, Michel37

[dedeleco]

Je préparais une réponse à ces questions variées d'abord en MP, mais utiles pour d'autres.

B sera-t-il augmenté avec un noyau en fer doux à l'intérieur de la bobine?
Je crois connaître la réponse avec un problème d'entrainement difficile lié à l'attraction d'où certainement un couple élevé pour faire tourner le rotor, n'est-ce pas?

oui, nettement, surtout utile avec des champs faibles sur anciens alternateurs et moteurs, qui, sinon, n'ont pas assez d'induction et ne fonctionnent pas.
On fait alors très attention à avoir des entrefers très petits.

Avec ces nouveaux aimants (15 à 20 ans) on arrive proche de la valeur de saturation du fer et donc le gain est bien plus faible, et donc le fer doux n'est pas crucial pour fonctionner.
Sans le fer on n'aurait pas d'électricité !!

mais il faut prendre des noyaux finement divisés, lamelles ou fils isolés les une des autres, bien disposées, contre les courants de Foucault induits qui font perdre toute l'énergie en chaleur., véritable frein.

Question 1
Sachant que le champ B se trouve sur l'axe de symétrie du cylindre magnétisé axialement, à quel diamètre le mandrin de la bobine doit-il correspondre pour obtenir le maximum du flux d'induction?
Je veux dire par là, est- ce important que le diamètre intérieur de la bobine soit égal à celui de l'aimant pour obtenir le maximum de tension induite par spire moyenne?

L'optimum est complexe de façon exacte, différent pour la tension max ou la puissance max, car il faut calculer le champ en tout point (visible avec les lignes de flux qui s'écartent et le champ qui diminue, et celles qui sortant de l'aimant retournent sans avoir arriver à la bobine), calculer le flux (intégrale du champ normal à la bobine) pour chaque spire et sommer sur toutes le spires.
.
Si la spire est contre l'aimant, son diamètre optimum est celui de l'aimant,. plus loin de l'aimant, la spire à flux max est un peu plus grande.
Mais comme votre bobine a pas mal de spires, l'optimum pour la tension sans courant est de mettre un max de spires pour avoir le max de flux, même celui faible à petit ou grand diamètre.
Pour la puissance c'est différent, car la résistance interne de la bobine croit comme le nombre de spires et donc il faut éviter d'avoir trop de pertes résistives avec des tension trop faibles.

De façon simpliste on a intérêt à mettre le max de cuivre avec des spires donnant des tensions significatives à un facteur 2 près (grossièrement) donc bobinées sur un mandrin plus petit de 30% que le diamètre de l'aimant et 30 à 50% au delà et le splus épais possible sans perdre du flux de trop.
On peut faire plein de calculs. (champ comme on voit les poles des aimants en stéradians et intégrales elliptiques hors de l'axe).

ou bien mesures avec des spires des diverses tailles les tension induites par les aimants (par paires) avec oscilloscope, mesurer leur résistance et faire des calculs d'optimum simples avec ces mesures , en additionnant les propriétés des différentes spires.
De plus vous mesurer les propriétés des aimants qui peuvent avoir perdu une partie de leur champ rémanent, si manque de chance ou mauvaise manipulation pour moteur à énergie libre.

sera-t-il différent avec une bobine prise en "sandwitch entre un pôle Nord et un pôle Sud?

il sera le double à mi chemin des deux aimants face à face pour la même distance de la valeur pour un pour un seul aimant.
Si les aimants très longs sont très proches, la valeur est Br rémanent, le double de Br/2 de la formule avec z=0 et D infini (aimant très long).
Sinon vous avez les effets des champs démagnétisants.

Cette formule mise en stéradians est valable en tout point hors de l'aimant même hors de l'axe. (stéradian surface de la sphère s'appuyant sur les pôles de l'aimant centrée sur le point où on calcule le champ et divisée par le carré de son rayon)

L'acier des mandrins peut perturber vos aimants en bien ou en mal et donc à bien réfléchir, à mesurer en champ, et aussi en courant de Foucault dans cet acier dés que vous tirez une bonne puissance de vos bobines.
Avec trop de puissance demandée vous pouvez démagnétiser vos aimants (rester en dessous du champ coercitif pour le champ créé par le courant dans vos bobines, surtout avec noyau de fer).

Vu que vous redressez le courant, le triphasé n'est pas crucial, l'hexaphasé (6 au lieu de 3, si vous avez assez de tension) est mieux.
Si vous tournez lentement, vous risquez de manquer de tension.
Tout dépend de la puissance désirée.
Avec fils plus fins et plus de spires vous pouvez avoir plus de tension et moins de courant à puissance égale, surtout liée au poids de cuivre mis dans le flux significatif des aimants.