Alternador automotivo em uma turbina eólica

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jmal
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Re: Alternador automotivo em uma turbina eólica

Mensagem por jmal »

sendo assim já temos uma base de trabalho, eu tenho um gerador de 7kw que trabalha tal como um alternador de carro, e na etiqueta ele diz ser um gerador variável, mas é trifásico de 380 volts, a minha ideia era utiliza-lo com um excitador que regula-se a tensão na saída, já o tinha testado usado um variador de pwm e funciona, agora quero partir para um sistema controlado por microcontrolador para ter sempre uma tensão certa. este circuito já é uma grande ajuda, mas para o que quero fazer tenho de fazer algumas alterações por causa das tensões que são diferentes.
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Diferenças de um gerador bobinado e um de imãs

Mensagem por Josenir »

njay Escreveu:o título do tópico apenas refere "alternador automotivo", não fazendo qualquer especificidade ao "método" ... portanto, para mim a discussão está em aberto... já te perguntei quais são as vantagens de ter um gerador auto-excitado face a um com inductor com imãs, e gostava mesmo de saber a tua opinião!
como já mencionei, tenho uma certa tendência a não usar ímãs permanentes nos meus geradores, logo sou de certa forma suspeito para dar opinião a respeito. mas já que você insiste, reitero aquilo que já expus anteriormente:

motivos para não usar ímãs:
1) custo dos ímãs
2) custo de alteração do gerador
3) a potência do gerador está limitada à potência dos ímãs
4) o rotor do gerador está sempre um pouco preso pela força de atração do ímãs, o que dificulta a partida da turbina e deixa-se de aproveitar os ventos de menor intensidade
5) o regulador precisa ter potência maior do que a potência máxima do gerador e ainda está sujeito a sobrecarga em ventos excessivos
6) os ímãs não tem vida útil ilimitada, enfraquecem com o tempo, especialmente os de neodímio que possuem baixo ponto de curie. o ponto de curie é a temperatura em que o ímã perde totalmente a sua magnetização, que no caso do neodímio o mais comum está em torno de 80ºc, embora haja alguns imãs de neodímio que possua valor um pouco mais alto, quando se compra ou se aproveita-os de sucata não se sabe esta informação. dentro de um gerador hermético, com uma temperatura ambiente em torno de 38ºc(muito comum na região em que moro), mais o aquecimento do controlador e da bobinamento do estator, a temperatura dentro do gerador facilmente chega a 60ºc, o que prejudica o seu desempenho imediato e o seu enfraquecimento a médio prazo. o imãs de ferrite possuem ponto de curie acima de 300ºc e menor perda de potência com o tempo, mas infelizmente baixa potência.

motivos para usar gerador com induzido bobinado:
1) não há custo dos ímãs
2) no caso do alternador automotivo não há alterações a fazer *
3) a potência do gerador não está limitada a nenhum dispositivo externo a ele.
4) o rotor do gerador estará sempre livre de peso, pois a excitação somente será ligada quando tiver rotação suficiente, e tão logo a rotação caia abaixo disso, a excitação é desligada, permitindo que logo atinja velocidade novamente, mesmo em ventos fracos.
5) o regulador se torna muito mais barato e robusto, pois tudo o que ele precisa fazer é controlar a corrente de excitação do rotor, que na maioria do tempo vai ficar abaixo de 10% da potência total do gerador, e quando este atingir a potência máxima, o regulador estará controlando uma potência de no máximo 20% da potência que está sendo gerada.

pense na seguinte situação: você construiu uma turbina eólica de 1kw em 48v com ímãs permanentes, considerando que será atingida esta potência com ventos de 12 m/s, e projetou um controlador capaz de controlar até 2kw. se em um vendaval a velocidade do vento chegar a 24 m/s, o seu controlador terá que dar destino a esta potência gerada e não se sabe por quanto tempo durará esta situação. facilmente irá dissipar muito calor e danificar os componentes do controlador. pense na mesma turbina com um gerador bobinado, tudo o que precisa ser feito é desligar a excitação para que o gerador pare de produzir energia, e isto não custa absolutamente nada ao regulador, esta situação pode permanecer por muito tempo que não fará a menor diferença. no caso dos imãs não tem como desligar a excitação. percebe uma diferença aí, em termos de segurança e vida útil de um sistema e outro ?

6) enquanto os ímãs sofrem com a temperatura e podem ter a sua potência diminuida com o tempo, o rotor bobinado do alternador automotivo usa fio esmaltado de 180ºc e tem vida útil praticamente ilimitada.

mas é claro que vocês podem discordar de tudo isso, e têm todo o direito de fazê-lo, seremos os mesmos amigos da mesma forma.

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jmal
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Re: Alternador automotivo em uma turbina eólica

Mensagem por jmal »

exactamente, tem muitas vantagens, mas atenção ao que disse lá atrás, custa-me a crer, e vou testar essa situação que o alternador se auto-excite, mesmo assim nada como fazer o teste.

não te esqueças que com ventos fortes tens de ter um sistema de segurança, ou travão ou outro sistema que vire a 90º as pás no caso de muito vento, o regulador pode aguentar mas a turbina e o alternador podem ser levados pelo vento.
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Isso mesmo, pense grande !

Mensagem por Josenir »

jmal Escreveu:sendo assim já temos uma base de trabalho, eu tenho um gerador de 7kw que trabalha tal como um alternador de carro, e na etiqueta ele diz ser um gerador variável, mas é trifásico de 380 volts, a minha ideia era utiliza-lo com um excitador que regula-se a tensão na saída, já o tinha testado usado um variador de pwm e funciona, agora quero partir para um sistema controlado por microcontrolador para ter sempre uma tensão certa. este circuito já é uma grande ajuda, mas para o que quero fazer tenho de fazer algumas alterações por causa das tensões que são diferentes.
agora você tocou num assunto que me interessa, pois é exatamente nisso que estou trabalhando no momento: um gerador eólico de 10kw. e o controlador é baseado neste mesmo que estou expondo aqui, apenas temos uma dificulade que não é o problema da tensão de 380v e nem da potência de 10kw. o problema maior é que o gerador que você tem, como qualquer outro semelhante, possui apenas 4 pólos, o que leva a sua rotação síncrona para 1800 rpm, diferente do alternador automotivo (6 pólos - 1200 rpm).

vou lhe dar uma dica para você ir adiantando o seu trabalho:

1) simplesmente ligue uma fonte chaveada de 18v na saída do gerador e a saída de 18v da fonte chaveada ligue nos terminais de alimentação do nosso regulador/excitador e você vai ver que alguma coisa já funciona, mas sem carga, é claro. a fonte deve fornecer pelo menos 5a x 18v.

2) depois que isso funcionar, faça uma adaptação no circuito para que ele retifique a tensão de saída e use a corrente contínua retificada (+- 400vcc) para a excitação, pois anteriormente a excitação era feita com 18v da fonte, o que é insuficiente.

assim que eu tiver melhores resultados informo para você.

gol !!!!!!!!!!!

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jmal
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Re: Alternador automotivo em uma turbina eólica

Mensagem por jmal »

fixe, tenho de experimentar isso, neste momento estou com pouco tempo para isso, isto porque estou montando os meus painéis solares, ou seja, quero ter um sistema completo, solar e eólico, penso que com os 2 sistemas vou ficar praticamente independente dos gordos, ou seja edp.
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Re: Alternador automotivo em uma turbina eólica

Mensagem por Sun_rise_pt »

um "alternador automotivo em uma turbina eólica",
sempre foi a primeiríssima ideia de todo interessado pela conversão energia do vento em electricidade. dos mais simples hobistas aos profissionais quando começam a pensar no assunto...
por ser fácil de adquirir em todos os aspectos.

infelizmente as desvantagens superam em muito as vantagens.
como aqui já li, e os fabricatntes também divulgam (como no gráfico abaixo) a produção mais interessante começa pelas 1800rpm.
imagine-se uma turbina com ligação mecânica directa ao gerador (para não complicar e contornar o encarecimento) a funcionar a umas "loucas" 30 rotações por segundo!!!! nem os mais pequeninos conseguiriam!!!

o nosso saudoso conterrâneo eurico da fonseca fez experiências exaustivas com este tipo de alternadores, chegando conceber uma máquina com dois automotivos comuns de forma muito engenhosa, tendo foi construida e comercializada pela fábrica de baterias autosil. ele tinha além de uma criatividade e dinâmica excepcionais, também o apoio de várias entidades entre as quais o centro de estudos da armada.
este gerador possuia duas mutiplicações de rpm: a primeira de engrena gens em banho de óleo com a relação de 1 para 4, e uma segunda de correia dentada de 1 para 2.
para contornar esse problema de só ligar a excitação quando fosse necessário, usou simplesmente interruptores centrífugos.
na época que se usaram dínamos isto era feito com simple interruptor posicionado entre duas folhas de um "catavento" duplo que em situação de repouso uma mola obrigava a manter o circuito aberto, mas a força do verto forçava o interruptor a fechar.
quanto à regulação de tensão ajustável não é preciso dar "muitas voltas": um simples regulador de 3 transístores é comprovadamente excelente.

para um amador o alternador de carro "as is" em eólica é pura perda de tempo. apenas modificando o rotor e certamente a bobinagem a coisa comeca a ser apreciável.

nos eua e na europa há quem faça isto, mas a preços não compensatórios
quando alguém por cá construir uma máquina que produza algo interessante usando estes alternadores, que divulge, e preferencialmente mostre a obra a funcionar, porque resolveria o problema a muitos!!!

daí que se continuem a fabricar (por profissionais e amadores) os rotores com neodímio que aceitam uma temperatura razoável (ver características dos muitos fabricantes), possuem protecção anti-corrosiva à escolha. os alternadores de construção artesanal com bobinagens sem algum núcleo magnético se estiverem bem ligados arrancam com leves brisas pois para além dos atritos mecânicos só quando atingem o patamar de carga começam a requerer força na turbina.



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As desvantagens existem mas não superam as vantagens

Mensagem por Josenir »

sun_rise_pt Escreveu:um "alternador automotivo em uma turbina eólica",
sempre foi a primeiríssima ideia de todo interessado pela conversão energia do vento em electricidade. dos mais simples hobistas aos profissionais quando começam a pensar no assunto...
infelizmente as desvantagens superam em muito as vantagens.
como aqui já li, e os fabricatntes também divulgam (como no gráfico abaixo) a produção mais interessante começa pelas 1800rpm.
este gráfico com certeza se refere a um alternador automotivo funcionando com o regulador de tensão original para trabalhar ligado ao motor do veículo. mas é óbvio que esta curva de desempenho é produzida pelo regulador, que controla a potência conforme a rotação, não é resultado das características mecâncias e elétricas do alternador. como o alternador possui 6 pólos, atinge a potência máxima com apenas 1200 rpm, nada mais que isso. a questão é que no automóvel, com o motor funcionando na lenta (menor rotação possível) já está próximo disso (mínimo 900 rpm para um carro com ar condicionado, se não o motor pára quando ligar o ar). quando o motor acelera, qualquer motor a gasolina facilmente ultrapassa as 6000 rpm, isso significaria torrar todo o bobinamento do alternador se o regulador não limitasse a potência gerada.
logo a curva de desempenho de um alternador fornecido pelo seu fabricante não nos serve como parâmetro.
se fosse você, deixava de ser teimoso e fazia um teste prático, como sugeri atrás, vai economizar muito e começar a avançar mais em eólica.

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Re: As desvantagens existem mas não superam as vantagens

Mensagem por jmal »

josenir Escreveu:
sun_rise_pt Escreveu:um "alternador automotivo em uma turbina eólica",
sempre foi a primeiríssima ideia de todo interessado pela conversão energia do vento em electricidade. dos mais simples hobistas aos profissionais quando começam a pensar no assunto...
infelizmente as desvantagens superam em muito as vantagens.
como aqui já li, e os fabricatntes também divulgam (como no gráfico abaixo) a produção mais interessante começa pelas 1800rpm.
este gráfico com certeza se refere a um alternador automotivo funcionando com o regulador de tensão original para trabalhar ligado ao motor do veículo. mas é óbvio que esta curva de desempenho é produzida pelo regulador, que controla a potência conforme a rotação, não é resultado das características mecâncias e elétricas do alternador. como o alternador possui 6 pólos, atinge a potência máxima com apenas 1200 rpm, nada mais que isso. a questão é que no automóvel, com o motor funcionando na lenta (menor rotação possível) já está próximo disso (mínimo 900 rpm para um carro com ar condicionado, se não o motor pára quando ligar o ar). quando o motor acelera, qualquer motor a gasolina facilmente ultrapassa as 6000 rpm, isso significaria torrar todo o bobinamento do alternador se o regulador não limitasse a potência gerada.
logo a curva de desempenho de um alternador fornecido pelo seu fabricante não nos serve como parâmetro.
se fosse você, deixava de ser teimoso e fazia um teste prático, como sugeri atrás, vai economizar muito e começar a avançar mais em eólica.

concordo.
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Re: Alternador automotivo em uma turbina eólica

Mensagem por Sun_rise_pt »

meu caro, só estou respondendo porque "teimosamente" já há anos fiz vários testes com ajuste de campo variável, e com velocidades variáveis, mas os resultados foram desanimadores. acabei por construir uma máquina capaz de fazer esses testes que tenho usado para testar os alternadores que vou construindo. os primeiros testes que fiz foi no torno que não tem variação linear.
esta é a minha experiência demonstrável presencialmente para quem a queira compartilhar.
é facto que o campo indutor é proporcional à corrente na bobina do rotor, todos sabemos que a indução também tem outra relação proporcional com a velocidade do cruzamento do campo magético nas bobinas.
por azar nosso raramente os rotores destes alternadores passam os 3 pares de polos pelo que só se consegue esse cruzamento rentável a maiores velocidades.
já levei o campo à proximidade da saturação magética e nada de novo na rentabilidade energética.
se você consegue melhorar a coisa de outra forma (que ainda não explicou) isso seria óptimo.

explique a teoria que permite esse ganho, por favor, para conhecimento nosso!!! o dizer que "é porque sim" não ajuda, pois não?

pessoalmente não vislumbrei alguma vantagem interessante nas máquinas aqui referênciadas nem no circuito.
acredite que se vir, irei de imeditato fazer a prova.

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Re: Alternador automotivo em uma turbina eólica

Mensagem por jmal »

sun_rise_pt Escreveu:meu caro, só estou respondendo porque "teimosamente" já há anos fiz vários testes com ajuste de campo variável, e com velocidades variáveis, mas os resultados foram desanimadores. acabei por construir uma máquina capaz de fazer esses testes que tenho usado para testar os alternadores que vou construindo. os primeiros testes que fiz foi no torno que não tem variação linear.
esta é a minha experiência demonstrável presencialmente para quem a queira compartilhar.
é facto que o campo indutor é proporcional à corrente na bobina do rotor, todos sabemos que a indução também tem outra relação proporcional com a velocidade do cruzamento do campo magético nas bobinas.
por azar nosso raramente os rotores destes alternadores passam os 3 pares de polos pelo que só se consegue esse cruzamento rentável a maiores velocidades.
já levei o campo à proximidade da saturação magética e nada de novo na rentabilidade energética.
se você consegue melhorar a coisa de outra forma (que ainda não explicou) isso seria óptimo.

explique a teoria que permite esse ganho, por favor, para conhecimento nosso!!! o dizer que "é porque sim" não ajuda, pois não?

pessoalmente não vislumbrei alguma vantagem interessante nas máquinas aqui referênciadas nem no circuito.
acredite que se vir, irei de imeditato fazer a prova.
nada como testar, o gerador que falei trabalha a baixas rotações, fui eu que o desmontei de um camião frigorífico, estava ligado directamente ao motor, e a poli dele é maior que a que estava a dar força no motor, portanto ele roda menos que o motor de 6 cilindros, portanto fazendo as contas por alto este gerador deve alcançar um bom rendimento em torno das 200-300 rpms. assim que tiver oportunidade vou testar.
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Lamento seu insucesso, mas quero ajudar

Mensagem por Josenir »

sun_rise_pt Escreveu:meu caro, só estou respondendo porque "teimosamente" já há anos fiz vários testes com ajuste de campo variável, e com velocidades variáveis, mas os resultados foram desanimadores. acabei por construir uma máquina capaz de fazer esses testes que tenho usado para testar os alternadores que vou construindo. os primeiros testes que fiz foi no torno que não tem variação linear.
já levei o campo à proximidade da saturação magética e nada de novo na rentabilidade energética.
se você consegue melhorar a coisa de outra forma (que ainda não explicou) isso seria óptimo.
explique a teoria que permite esse ganho, por favor, para conhecimento nosso!!! o dizer que "é porque sim" não ajuda, pois não?
pessoalmente não vislumbrei alguma vantagem interessante nas máquinas aqui referênciadas nem no circuito.
acredite que se vir, irei de imeditato fazer a prova.
lamento muito pelo seu insucesso com alternadores, talvez por isso tenha se aborrecido com eles e tenha uma resistência a dar crédito ao que digo. mas acredite que ficarei muito satisfeito se você obtiver êxito com este experimento, e pode ter certeza que tentarei ajudar, como já tenho feito até aqui.

não sou muito afeito a citar teorias para justificar um experimento prático. já fui professor e a minha experiência diz que isso não funciona bem, pelo menos com alunos abaixo do nível universitário. se eu cito a lei de lenz ou a lei de lavoisier, não percebo meu alunos entenderem, mas quando cito um exemplo concreto, o resultado é imediato, e mesmo depois de muito tempo vejo que eles aprenderam o que realmente interessa.

então rociocine comigo: tenho um motor a diesel, cuja rotação máxima, todo mundo sabe que fica entre 3000 e 3500 rpm e um gerador de energia sincrono de 4 polos, como este do amigo jmal, independente da potência. considerando que os dois estão acoplados da forma mais comum, que é com acoplamento elástico direto eixo com eixo. logo a rotação do gerador será igual a rotação do motor. a ligação entre o motor e o gerador é apenas mecânica, não existe ligação elétrica. os fios que saem do gerador, estão ligados, através de uma chave à carga, composta por um conjunto de lâmpadas. temos um voltimetro ligado direto na saída do gerador.
inicialmente a chave está desligada.
damos partida no motor e deixamos em marcha lenta (aprox. 600 rpm) - o que acontece ?
1) a carga permanece sem alimentação, mesmo porque a chave está desligada.
2) o voltimetro passa oscilar o ponteiro num valor de tensão abaixo de 50v, mas não existe uma fonte externa fornecendo energia ao gerador. ele recebe apenas força mecânica do motor.
em seguida aceleramos o motor, até que atinja a rotação síncrona do gerador que é 1800 rpm - o que acontece agora ?
1) a tensão sobe até 380v ou um pouco mais, acompanhando a aceleração do motor.
liga-se a chave - o que acontece ?
1) considerando que a carga é composta por lâmpadas incandescentes, para simplificar, a tensão cai um pouco devido ao peso do gerador, que força a rotação do motor a cair um pouco. pode-se corrigir acelerando um pouco mais o motor, mas sabendo-se que quando a carga for desligada a tensão vai subir acima de 400v.

conclusão: qualquer gerador síncrono é capaz de se auto-excitar. no caso do gerador do nosso exemplo, isso só ocorre plenamento com 1800 rpm devido às caracteristicas do seu excitador, que foi projetado desta forma. uma justificativa para isso é que o motor a combustão desenvolve mais torque com mais rotação, logo se o excitador fizesse este mesmo gerador funcionar a plena potência com 900 rpm não seria interessante para uso com um motor a diesel, pois seria uma rotação muita baixa, e o rendimento do motor seria insuficiente. veja que o gerador síncrono é capaz de se auto-excitar em praticamente qualquer rotação, quem manda nisso é apenas o excitador. é claro que em rotações muito baixas, como 100 rpm por exemplo, é provável que o rendimento fique muito baixo e toda a energia gerada seja gasta apenas na excitação. o que proponho é metade da rotação síncrona, abaixo disso, eu mesmo não aposto, a não ser que você tenha um gerador de 10kw e se contente em gerar apenas 1kw com ele.

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Re: Alternador automotivo em uma turbina eólica

Mensagem por Sun_rise_pt »

rotação síncrona? o que entra en sincronismo? a rotação sincroniza com algo? ou quererá dizer, algum tipo de ressonância?
acredito que esse fenómeno que encontrou é algo aleatório que permite produzir currente suficiente para iniciar a auto excitação do alternador.
sempre me lembro dos alternadores (industriai) mesmo a velocidades angulares de produção necessitarem das excitarizes para funcionarem.
se os de carro usassem um íman complementar toroidal junto da bobina de excitação,ter-se-ia um campo inicial fixo, e não aleatório, como também parece no oscilograma que apresentou.
---
considero o site da novaenergia um local de informação e partilha, e sendo o josenir o criador desse circuito, certamente o fez através de um raciocínio coerente com os fundamentos da electrónica para o fim em vista.
desculpe a insistência mas gostaria mesmo de saber o que se ganha com ele em relação ao regulador do próprio alternador que aliado a um circuito ultra-simples ligaria o dito regulador ao circuto normal. isto será facílimo considerando que terá essa pequena tensão proveniente da indução provocada por algum magnetismo no rotor, o que lhe permitirá ligar (até sob certas condições(!!!), o circuito de excitação que vem de fábrica).
---
um artigo a ler ( de entre us mutos da net) é este:
http://islandcastaway.com/stuff/windpow ... ecrets.htm

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Velocidade Síncrona

Mensagem por Josenir »

sun_rise_pt Escreveu:rotação síncrona? o que entra en sincronismo? a rotação sincroniza com algo? ou quererá dizer, algum tipo de ressonância?
acredito que esse fenómeno que encontrou é algo aleatório que permite produzir currente suficiente para iniciar a auto excitação do alternador.
sempre me lembro dos alternadores (industriai) mesmo a velocidades angulares de produção necessitarem das excitarizes para funcionarem.
se os de carro usassem um íman complementar toroidal junto da bobina de excitação,ter-se-ia um campo inicial fixo, e não aleatório, como também parece no oscilograma que apresentou.
um artigo a ler ( de entre us mutos da net) é este:
http://islandcastaway.com/stuff/windpow ... ecrets.htm
me desculpe, sobre o oscilograma, não foi resultado da leitura do gerador em funcionamento, eu mesmo desenhei no paint. fiz da forma mais parecida da que vi no osciloscópio, mas estou considerando que eu estavar girando o motor apenas com a mão, o que resulta em variações de velocidades aleatórias. é claro que se ligar um motor a 300 rpm constante para girar o alternador, o oscilograma será simétrico e periódico, sem muitos ruídos, muito parevico com uma senóide normal encontrada na rede de energia.
sobre o link mencionado, não consegui abrir, favor verificar, pois me interesso por tudo que esteja relacionado ao tema.

sobre a velocidade síncrona, vou tentar explicar:
você já deve ter ouvido falar em motor síncrono e motor assíncrono, com certeza. os motores assíncrono são também chamados de motores de indução. o motor assíncrono é assim chamado porque a sua velocidade de trabalho não acompanha a freqüência da rede de energia que o alimenta, isso acontece porque existe o fator de escorregamento. por exemplo: um motor assíncrono de 4 pólos, que gira a 1710 rpm possui um fator de escorregamento de 5%, isto é, a sua velocidade com carga é 5% menor que a velocidade síncrona de uma máquina de 4 pólos, que seria de 1800 rpm (1800 - 5% = 1710), este valor é especificado pelo fabricante para 100% da carga, com menos carga a velocidade será um pouco maior, logo a sua velocidade não está sincronizada com a freqüência da alimentação. já um motor síncrono de 4 pólos sempre vai girar a 1800, independente de estar em vazio ou com 100% de carga, isto é, não possui fator de escorregamento.
os geradores síncronos são muito usados em geração de nergia devido a essa possibilidade de regular a freqüência de saída através do controle de velocidade da máquina. pois os aparelhos elétricos, especialmente os que usam bobinamento, como motores elétricos e transformadores são dimensionados para uma freqüência fixa (50 ou 60hz), e é importe serem alimentados nesta freqüência.
quando digo que precisamos acelerar um motor a diesel até a tingir a velocidade sícrona do gerador, significa que queremos obter não apenas a tensão nominal do gerador, mas também a freqüência especificada.
sun_rise_pt Escreveu: considero o site da novaenergia um local de informação e partilha, e sendo o josenir o criador desse circuito, certamente o fez através de um raciocínio coerente com os fundamentos da electrónica para o fim em vista.
desculpe a insistência mas gostaria mesmo de saber o que se ganha com ele em relação ao regulador do próprio alternador que aliado a um circuito ultra-simples ligaria o dito regulador ao circuto normal. isto será facílimo considerando que terá essa pequena tensão proveniente da indução provocada por algum magnetismo no rotor, o que lhe permitirá ligar (até sob certas condições(!!!), o circuito de excitação que vem de fábrica).
pois então, estou ansioso por explicar nos mínimos detalhes como funciona o meu regulador, mas os colegas ainda não me haviam dado oportunidade. fico contente com a sugestão, especialmente partindo de você. me dê apenas um tempo, pois agora estou de saida para o trabalho. sabe, nem só de eólica vive o homem, preciso ganhar o pão de cada dia...

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cecel_ma
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Re: Alternador automotivo em uma turbina eólica

Mensagem por cecel_ma »

olá josenir (axo que tão pagando pra ver seu alternador-põe no youtube) as pás dos seus aero-geradores, são feitas como?de fibra? qual perfil?
quando eu tiver um tempo livre, vou comprar um alternador.aí você me dá umas dicas(se possível)...vou apostar na sua idéia!
abraços....

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Como funciona o circuito regulador/excitador do Josenir

Mensagem por Josenir »

para facilitar a análise do circuito regulador/excitador, vamos dividi-lo em três partes principais: auto-excitação, circuito de partida suave e controlador de carga da bateria.


a auto-excitação

de fato reconheço que um simples alternador de 12v tem uma certa dificuldade de se auto-excitar, por isso mesmo escolhi um alternador de 24v ou com estator rebobinado para esta tensão ou pouco mais.
observe que mesmo com o alternador parado, um lado da bobina do induzido já está ligado ao terminal positivo de saída do alternador e o outro lado já está ligado no terminal negativo (gnd), através do contato nf do relé e do resistor de 15r x 5w. se aparecer uma tensão de 1 mv no estator, imediatamente esta tensão chega ao induzido. entrando qualquer pequena tensão no induzido, imediatamente inicia-se a magnetização da sua bobina e uma corrente várias vezes maior é induzida no estator. logo quanto mais tensão chega ao induzido mais tensão é fornecida pelo estator como uma reação em cadeia, até que a tensão chega a +- 9v, o suficiente para ligar a bobina no relé, que por sua vez abre o circuito entre o estator e o induzido. neste ponto, como já existe tensão suficiente para o circuito eletrônico funcionar, o ci u1 começa a oscilar. observe que o ci u1 aparentemente está ligado na configuração normal como oscilador astável, o qual gera um sinal pwm que aciona o mosfet irfz44, o qual faz a excitação do induzido. o potenciômetro de 100k ajusta o ciclo ativo máximo do sinal pwm, isto é, se for girado mais para a direita, mais potência será enviada para o induzindo, fazendo gerar mais potência na saída, porém pesando mais no eixo da turbina. entretanto o ciclo ativo não depende apenas do ajuste do potenciômetro de 100k. existem dois controles automáticos do ciclo ativo do sinal pwm: o circuito de partida suave e o regulador de tensão. como disse temos um oscilador astável no ci u1, com apenas uma diferença do astável normal: usamos o pino 5 do ci para controlar o ciclo ativo do sinal pwm. se diminuimos a tensão neste pino, diminuimos o ciclo ativo do sinal e com isso a potência que está sendo gerada.

o circuito de partida suave

veja que existe um transistor bc327 com o coletor ligado ao terra e já aterrando o pino 5 do ci u1, mesmo antes do circuito começar a funcionar, pois existe um resistor de 47k aterrando a sua base. isso quer dizer que bem antes da tensão atingir +- 9v, este transistor já conduz, pois ele precisa de uma tensão menor que 1v para conduzir. uma vez que este transistor esteja conduzindo, o ciclo ativo do sinal pwm será mínimo, menor que 5%. isto é feito para assegurar uma partida suave, sem causar peso que venha a diminuir a velocidade da turbina. à medida que a tensão vai subindo no terminal de saída do alternador, um resistor de 27k leva esta tensão à base do bc327, fazendo a sua condução diminuir, liberando aos poucos o pino 5 do ci, e aumentando aos poucos a potência gerada. até quando a tensão ultrapassar os 14v, então o transistor entra no corte, liberando de vez o pino 5 do ci. se neste ponto, a turbina não desacelerar consideravelmente e nem as baterias consumirem a energia gerada, a tensão continuará subindo, até que entre em ação o circuito regulador de tensão para limitar a potência.

o regulador de tensão

ligado ao pino 5 do ci u1 existe também um transistor bc337, que juntamente com o trimpot de 2k2, o diodo zener de 12v e os componentes ligados aos mesmos, formam o circuito que vai limitar a tensão de saída para mantê-la dentro do valor ajustado no potenciômetro de 2k2 (que vai de 13v a 18v, mais ou menos). uma vez que a tensão ultrapasse os 12v, o diodo zener deixa o excedente passar. quando chegar uma tensão superior a 0,6v na base do bc337, este conduz o terra ao pino 5 do ci u1 e limita assim a tensão de saída. o trimpot de 2k2 ajusta o ponto em que isto acontece. o circuito regulador só entra em ação se as baterias não consumirem a energia gerada.

o controlador de carga da bateria

o circuito formado pelo ci u2 funciona totalmente independente do circuito regulador/excitador, que já foi explicado. ele monitora a tensão de saída e fornece potência para a bateria somente quando a tensão de saída estiver acima de 14v. evitando desta forma que a bateria venha a drenar mais do que a turbina pode fornecer, parando ou diminuindo muito a velocidade, possibilitando um melhor aproveitamento dos ventos fracos. isto significa que somente é repassado para a bateria a potência que é possível gerar sem que a velocidade venha a cair abaixo do mínimo necessário. se a velocidade cai, devido ao vento fraco, imediatamente o circuito deixa de enviar carga para a bateria, liberando a turbina de peso, para que esta possa recuperar velocidade. com isso o desempenho da turbina é otimizado, e conseguimos, por assim dizer, "tirar leite de pedra".
a explicação para o funcionamento desta etapa é simples. um resistor de 1k está aterrando o pino 4 do ci u2. com este pino aterrado o ci não oscila, logo não envia carga para a bateria. o diodo zener de 13v recebe a tensão de saída do alternador através do resistor de 470r e deixa passar o excedente a seu valor. se uma tensão maior que 0,8 chegar ao pino 4 do ci u2, imediatamente ele gera o sinal pwm que faz os dois transistores irfz44 conduzirem, levando carga para a bateria. o ciclo ativo deste pwm é fixado em +- 90%.

mais detalhes

o regulador de tensão 7812 fornece uma tensão regulada para maior estabilidade do circuito oscilador.
o led ligado ao dreno do mosfet de excitação indica quando ocorre a excitação e deve ser instalado do lado de fora da turbina, assim pode-se ver quando ela está gerando.
o led carga indica quando a bateria está sendo carregada e também pode ser externo.
o resistor de 15r x 5w limita o torque na auto-excitação inicial do alternador. se a sua turbina possui alto torque de partida, pode eliminá-lo e ligar um fio no seu lugar. para turbinas de baixo torque ele é necessário, pois na auto-excitação do gerador o circuito ainda não está alimentado para limitar o peso.
este circuito de excitação pode ser usado com qualquer alternador automotivo, mesmo os maiores, com tensão até 24v. se a turbina tiver torque suficiente para manter o alternador trabalhando boa parte do tempo com corrente maior que 20a, o circuito controlador de carga precisa ser reforçado, para que possa dar conta de controlar potência maior que esta. uma idéia inicial seria trocar os dois transistores irfz44 para irf3205.

veja que não existe um circuito responsável por desligar a carga das baterias quando elas estiverem totalmente carregadas. este circuito é dispensado porque a tensão é regulada em 14,5v. logo quando as baterias atingirem esta tensão passam a drenar uma corrente mínima. sendo assim uma flutuação é até desejável para mantê-las em atividade, pois toda bateria possui uma corrente de descarga quando está sem uso. só haveria perigo de sobrecarga das baterias se a tensão excedesse em muito a tensão de flutuação.

sobre o quê faz aparecer a tensão inicial para a excitação, considero duas coisas principais para que isso seja possível: a armadura de ferro do induzido, que girando muito próximo ao bobinamento produz eletricidade estática, e o fato de o circuito entre o induzido e o estator já estar fechado, fazendo com que o bobinamento do induzido venha cortar o espaço próximo ao bobinamento do estator, e já estando em condição de iniciar a magnetização. já lí muito sobre isso, mas são literaturas muito avançadas, e fazem muitos rodeios e cálculos matemáticos que complicam mais do explicam. mesmo assim espero ter ajudado a clarear a mente dos colegas.

qualquer dúvida, não façam cerimônia... ufa !!!

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Josenir
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Re: Alternador automotivo em uma turbina eólica

Mensagem por Josenir »

cecel_ma Escreveu:olá josenir (axo que tão pagando pra ver seu alternador-põe no youtube) as pás dos seus aero-geradores, são feitas como?de fibra? qual perfil?
quando eu tiver um tempo livre, vou comprar um alternador.aí você me dá umas dicas(se possível)...vou apostar na sua idéia!
abraços....
estou lisonjeado, finalmente alguém para me dar crédito. até eu já estava acreditando que o meu regulador não funcionava, mesmo ele já estando em uso há quase um ano e vendo todo dia as luzes que ele acende. sabe que eles quase me convenceram.

atualmente ele está funcionado com uma turbina de três pás de 1,2m de alumínio, com ampliador de rotação 4:1 feito com polia e correia automotiva. ainda não acertei uma pá boa o suficiente para gerar o que o alternador permite. não tenho acertado bem nas pás, mas também porque aqui na minha região tudo é difícil, estamos longe de grandes centros. tenho toda a técnica para fazer uma pá ótima, mas não tenho o material ideal, por enquanto.

gostaria de fazer um vídeo, mas a internet aqui não funciona muito bem, não consigo nem ver os vídeos dos colegas, é muito lento. mas em breve envio umas fotos dos meus projetos.

pode entrar em contato se precisar de uma ajuda, com certeza.

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Re: Alternador automotivo em uma turbina eólica

Mensagem por Sun_rise_pt »

josenir, sei bem do que fala, pois conheço uma parte do brasil afastada da grande s. paulo. nesta cidade e no rio, que é relativamente de mercado menor, encontra-se quase tudo nesta área da electrónica ( e em muitas outras ), mas fora daí (no interior; no nordeste; etc.) é uma enorme dificuldade em "achar" até coisas bem simples, o que é desesperante para que está habituado a ter coisas sempre à mão. ex.: se precisar dum pic dos mais correntes numa cidade do nordeste, não encontra!!! e pelas distâncias e impostos, agravam-se os custos, também.

então está usando esse mutiplicador rpm's por 4. essa é outra das razões que fazem os interessados "fugirem" dos alternadores automotivos. complica muito a mecânica, e trará ao longo do tempo problemas inerentes ao trabalho duro de todo o aerogerador, que tem muita inconstância no regime de trabalho; exposição aos elementos da naturaza, etc...

no entanto, para quem não gostar dos ímanes de neodímio (???) e pretender canalizar trabalho e tempo para outros pontos alteráveis, poderá refazer a bobinagem e construir um rotor com maior número de pares de polos, mantendo o enrolamento da indutora original.

como diz ser docente nesta área, em minha opinião, (desculpe este meu ponto-de-vista) será sempre interessante passar conhecimentos aos alunos de circuitos objectivos, simples e eficazes, que cumpram de forma irrefutável o fim a que se destinam.

por esta razão, aqui deixo um circuito comprovadamente eficaz, que já tem anos de trabalho num carro meu. (um dia avariou o regulador que se encontrava dentro do alternador e cumulativamente embebido em resina... decidi fazer um ao invés de comprar).

tem boas características para o fim pretendido:
- deixa o aerogerador rodar livremente até que o vento seja suficientemente "bom para produção".
- não consome energia alguma até que a condição acima aconteça. o interruptor, ( chave, como se fala aí ) é puramente mecânico, havendo várias formas simples de o conceber. se pretender, eu poderei, mostrar como...
- muito mais barata comparativamente.
- simples e eficaz!
- ainda pode ser simplificada físicamente e em $$$, trocando os is transistores em formação darlington, por apenas um...

ainda tem outra forma de resolver "automaticamente" a questão da excitação sem recorrer a essa micro produção que quanto a mim será algo aleatória pois não existe em todos os geradores, e pode a todo o momento deixar de existir nos que possuem remanescentemente. ( não é difícil acabar com essa magnetização no roror, como saberá.. )
a maioria dos ventiladores dos radiadores dos carros são motores que funcionam bem como geradores dc, e prestam-se para fornecer, através de vento existente, uma boa corrente de pré-excitação, completamente fiável.

nesta imagem só precisa do detector de intensidade de vento para ligar a excitação ( não usando o circuito a verde, que é o comum nos carros ) utilizando antes a parte desenhada a negro que tem o interruptor do detector.

Imagem

e o layout do pcb:
Imagem

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Re: Alternador automotivo em uma turbina eólica

Mensagem por Sun_rise_pt »

as minhas desculpas!!!
esqueci-me de inserir no pcb o imprescidível diodo de "protecção" (agora proteção...) do transístor final...
aqui vai a corre(c)ção :

Imagem

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Re: Alternador automotivo em uma turbina eólica

Mensagem por Sun_rise_pt »

uma apreciação independente ( http://en.wikipedia.org/wiki/alternator ) sobre este tipo de alternadores que confirmará parte do que aqui tenho exposto sobre os de excitação electromagnética e sobre os de excitação de ímanes permanentes:


automotive alternators

...

modern automotive alternators have a voltage regulator built into them. the voltage regulator operates by modulating the small field current in order to produce a constant voltage at the stator output. the field current is much smaller than the output current of the alternator; for example, a 70-amp alternator may need only 2 amps of field current. the field current is supplied to the rotor windings by slip rings and brushes. the low current and relatively smooth slip rings ensure greater reliability and longer life than that obtained by a dc generator with its commutator and higher current being passed through its brushes.

efficiency of automotive alternators is limited by fan cooling loss, bearing loss, iron loss, copper loss, and the voltage drop in the diode bridges; at part load, efficiency is between 50-62% depending on the size of alternator, and varies with alternator speed. in comparison, very small high-performance permanent magnet alternators, such as those used for bicycle lighting systems, achieve an efficiency of around only 60%. larger permanent magnet alternators can achieve much higher efficiency.

the field windings are initially supplied via the ignition switch and charge warning light, which is why the light glows when the ignition is on but the engine is not running. once the engine is running and the alternator is generating, a diode feeds the field current from the alternator main output, thus equalizing the voltage across the warning light which goes out. the wire supplying the field current is often referred to as the "exciter" wire. the drawback of this arrangement is that if the warning light fails or the "exciter" wire is disconnected, no excitation current reaches the alternator field windings and so the alternator, due to low residual magnetism in the rotor will not generate any power. however, some alternators will self-excite when the engine is revved to a certain speed. the driver may check for a faulty exciter-circuit by ensuring that the warning light is glowing with the engine stopped.

very large automotive alternators used on buses, heavy equipment or emergency vehicles may produce 300 amperes. very old automobiles with minimal lighting and electronic devices may have only a 30 ampere alternator. typical passenger car and light truck alternators are rated around 50-70 amperes, though higher ratings are becoming more common.

...

outra que refere a variabilidade do tal campo magnético residual que impedirá am alguns deles a auto excitação, o que eu acredito seja devido ás normas que aconselham o ferro macio nos polos magnéticos ao invés do aço:

alternator system troubleshooting
james k. thorusen


there are four connections to the alternator itself. d+, df,d-, and b+. if you look at the haynes book, what is not readily apparent, but is true nevertheless, is that the set of diodes that connect to the d+ terminal are a duplicate set (except for lower curent rating) to the ones for the b+ terminal, which is the actual high current output of the alternator. the d+ terminal is therefore a duplicate output terminal of the alternator, with less current capability. the lower set of diodes on current track 80 is common to both the d+ and b+ functions, and forms the ground return for both the b+ and d+ outputs. the df or "dynamo field" terminal connects to the ungrounded end of the alternator field winding, and is an input to the alternator. the current supplied to the df terminal determines the strength of the magnetic field that penetrates the output windings, and thus controls the alternator's output. the d- terminal is connected to the alternator frame, and is the ground return for the voltage regulator. the other end of the field winding is also connected to ground at this point.

the bosch alternator is incapable of self-excitation, or "boot-strapping" itself to an operating condition. older dc generators and some u.s. alternators have residual magnetism retained in the core, or some other scheme to get enough field current to get themselves up and running. the bosch alternator uses a different scheme. the charge warning lamp is connected between the ignition switch and the d+ terminal. when the car is first started, there is no output from the alternator at either the b+ or d+ terminals. the voltage regulator, sensing no output, is attempting to command maximum field current... it effectively shorts the d+ and df terminals together. this places the d+ terminal close to ground potential, because the resistance of the field winding is not large. this means that there is +12 volts on one side of the charge warning lamp, and the other side of the lamp is grounded through the alternator field winding. current thus flows through the lamp, lighting it. this same current, however, also flows through the alternator field winding, producing a magnetic field. this magnetic field is what the alternator needs to start up, and if everything is working correctly, that's exactly what happens. the alternator now begins to develop identical voltages at the d+ and b+ terminals. the d+ terminal is connected to one end of the charge warning lamp, while the other end of the lamp is connected to the battery via the ignition switch. since the b+ terminal is hard-wired to the battery, and since both the d+ and b+ diodes are fed from the same set of windings in the alternator, no voltage difference can exist between these two points. the warning lamp goes out.

the voltage regulator "watches" the voltage at the d+ point, which should be the same as that applied to the battery. it now changes the short between the d+ and df terminals into a variable resistance. this effectively controls the field current (whose source is now the output from the d+ terminal, and not the charge warning lamp) and thus regulates the output voltage of the alternator.

fault conditions: when something happens to the charging system that causes it's output to be insufficient, the result is almost always a net voltage difference across the charge warning lamp, causing it to light. for example: suppose an output (b+) diode opens. the efficiency of the main output is now considerably reduced. the voltage regulator does not know this, however, because it is looking at the d+ point. so, the b+ output is now lower than the d+ point and the warning lamp lights. let's say that one of the d+ diodes failed: the d+ output is now reduced considerably. this means that the voltage regulator will have difficulty in maintaining sufficient field current for normal output. the field regulating resistance is low or short (between d+ and df terminals) and the resulting load on the crippled d+ system drops it's voltage well below the battery voltage. therefore, there is a net voltage difference across the charge warning lamp and it lights.

the bottom line is that in order for your light to light, you must have a net imbalance in the outputs of the d+ and b+ sections of the alternator (or between the d+ output and the battery voltage, which amounts to the same thing).

to trouble-shoot the problem, you need to check the various sections independently. thus the first check: connect +12 volts from the battery to the df terminal on the relay board. this is the maximum field current situation, and should result in maximum output of the alternator. note that this checks the b+ diodes, the alternator windings, and the common diodes. it does not check the d+ diodes.

to check the d+ portion of the system, it is necessary to find out if the d+ output can produce enough current to drive the alternator to full output. to do this, short the d+ and df terminals on the relay board. this will provide the maximum field current to the alternator that the alternator itself can supply (not the battery, as in the earlier check) and so checks the remainder of the circuitry. if this test puts the light out, then the alternator is good, and the trouble is elsewhere. if it doesn't, then the alternator is almost certainly bad, with one other possibility:

in the bosch system, the size of the charge warning lamp bulb is critical. too low a wattage bulb will not supply enough field current for "bootstrap" operation to be reliable. the bosch book that i have states that the lamps must be at least 2 watts for 12 volt systems. if you have replaced your charge warning lamp recently, then too small a lamp may be your culprit.

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Josenir
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Re: Alternador automotivo em uma turbina eólica

Mensagem por Josenir »

sun_rise_pt Escreveu: então está usando esse mutiplicador rpm's por 4. essa é outra das razões que fazem os interessados "fugirem" dos alternadores automotivos. complica muito a mecânica, e trará ao longo do tempo problemas inerentes ao trabalho duro de todo o aerogerador, que tem muita inconstância no regime de trabalho; exposição aos elementos da naturaza, etc...

no entanto, para quem não gostar dos ímanes de neodímio (???) e pretender canalizar trabalho e tempo para outros pontos alteráveis, poderá refazer a bobinagem e construir um rotor com maior número de pares de polos, mantendo o enrolamento da indutora original.

como diz ser docente nesta área, em minha opinião, (desculpe este meu ponto-de-vista) será sempre interessante passar conhecimentos aos alunos de circuitos objectivos, simples e eficazes, que cumpram de forma irrefutável o fim a que se destinam.
por esta razão, aqui deixo um circuito comprovadamente eficaz, que já tem anos de trabalho num carro meu. (um dia avariou o regulador que se encontrava dentro do alternador e cumulativamente embebido em resina... decidi fazer um ao invés de comprar).

tem boas características para o fim pretendido:
em breve envio fotos da mecânica da turbina e você verá que o multiplicador de velocidade é muito simples e usa correia automotiva que é barata e tem longa vida, possuindo ainda um esticador para ajuste conforme o desgaste da mesma. é a meu ver plenamente satisfatória.
na verdade, como já disse, hoje já evito trabalhar em turbinas com potência abaixo de 500w. logo, acima desta potência é quase inevitável usar multiplicaor de velocidade. uma turbina com eixo ligado direto no rotor está tecnicamente limitada a mais ou menos 500w, pois para haver mais torque é necessário maior diametro do rotor, e maior diametro do rotor significa velocidade mais baixa, e velocidade abaixo de 300 rpm é inviável para a geração de energia, pois precisaria de um gerador com muitos pólos e não há espaço no gerador para muito pólos.

o meu objetivo atualmente é uma turbina para algo entre 5 e 10kw, enviarei logo que puder uma foto da turbina que estou construindo para esta finalidade, que está quase pronta.

você parece que lê pensamentos mesmo... como foi que adivinhou que no momento estou trabalhando num gerador de 16 pólos ? daqui para amanhã envio umas fotos dele.

talvez tenha me expressado mal, não sou docente na área de eletrônica. em eletrônica sou apenas técnico e autodidata e programo microcontroladores. já lecionei matemática, inglês e informática, mas atualmente tenho apenas alunos eventuais.

sobre o seu circuito achei ótimo, meus parabéns. era isso que eu queria de você: que dividisse um pouco de prática conosco. valeu mesmo. para o nosso trabalho ficar completo agora, só se você resolvesse perder um pouco de tempo e otimizasse o funcionamento dele para a turbina eólica e desenvolvesse o circuito eletrônico de excitação automática, mesmo que use energia da bateria para a excitação. seria um circuito ótimo para os iniciantes.

e por falar em iniciantes, não se esqueça que o 555 é um circuito tão bobo que qualquer iniciante poderia montar este meu também. então juntando os dois, ninguém poderia dizer que não tem opção.

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