WinDIY - L'éolienne de l'imprimante 3D

Lors d'un voyage de camping loin des infrastructures modernes, vous réalisez rapidement à quel point vous êtes habitué au fait que l'électricité est en quelque sorte disponible à tout moment et n'importe où. La chose stupide : Cela se remarque généralement lorsqu'il n'y a pas d'électricité. 

Pour ce cas, il existe maintenant des banques d'alimentation. Mais que se passe-t-il si la banque d'alimentation est vide ? Charger en déplacement est difficile sans électricité. 

J'ai rencontré le même problème il y a quelques années lors d'un voyage de camping. A cette époque, j'avais même une cellule solaire mobile avec moi. Cela a fourni de l'énergie, mais pas assez en raison du manque de soleil. Le soleil ne brillait tout simplement pas assez fort. Ce que j'avais contre c'était le vent. 

C'est ainsi qu'est née l'idée de construire une éolienne que l'on peut produire soi-même avec une imprimante 3D.

Oubliée au début, cette idée a pris un nouvel élan lorsque je suis tombé sur quelques aimants en néodyme au marché aux puces. Pour peu d'argent, j'ai obtenu des aimants avec lesquels un générateur approprié peut certainement être construit.

Au fil du temps, cela a abouti au projet présenté ici. Vous trouverez également ci-dessous des instructions de montage détaillées pour les différents composants.

Important : L'éolienne ne fonctionne pas encore parfaitement (11 octobre 2020). Les pales doivent encore être ajustées et le générateur ne correspond pas tout à fait aux caractéristiques de l'éolienne. J'ai donc encore du travail à faire ici. Mais peut-être Jusque-là, les composants présentés sont une suggestion pour quiconque travaille sur sa propre conception d'une éolienne imprimée en 3D. 🙂


aperçu

  • Éolienne fabriquée à partir de pièces imprimées en 3D
  • Conception HAWT
  • Diamètres de rotor de 0,5 à 1,2 m possibles
  • Ailes imprimées en 3D
  • Utilise un générateur de disque imprimé en 3D pour générer de l'énergie
  • Fonctions de sécurité grâce au réglage actif du pas des ailes, au frein mécanique et à la fonction de freinage électronique via le générateur de disques
  • Peut être imprimé avec n’importe quelle imprimante FDM « normale » (taille du lit 20 x 20 cm).

vidéos

Des photos

Vous trouverez ci-dessous quelques images de différents composants à différents stades de développement.


Développement

J'ai documenté la plupart des développements et des difficultés individuelles sur Hackaday.io. Vous pouvez trouver le lien ici. 🙂

https://hackaday.io/project/172328-windiy-hawt-wind-turbine


Instructions pour vous construire

La structure de WinDIY se compose de plusieurs segments individuels. Étant donné que toutes les pièces peuvent être imprimées sur une imprimante 3D avec une zone d'impression de 20x20cm, les pièces individuelles doivent encore être assemblées après l'impression.

La plupart du temps, des vis et des écrous M3 sont utilisés afin de ne pas utiliser trop de pièces différentes. Vous trouverez des listes de matériaux détaillées dans l'article correspondant.


Électronique

Comme mentionné ci-dessus, WinDIY a quelques fonctionnalités de sécurité. Pour que ceux-ci puissent être contrôlés de manière contrôlée, de l'électronique est bien sûr nécessaire. Pour cela j'ai commencé par le développement d'un circuit imprimé sur lequel sont logés tous les composants nécessaires.

Les composants suivants y ont été installés jusqu'à présent :

  • Pont redresseur à trois voies
  • Contrôle abaisseur
  • Trois circuits de charge indépendants pour une cellule LiPo chacun
  • Trois pilotes de moteur I2C pour contrôler les moteurs de l'actionneur de frein et de l'actionneur de pas
  • Divers capteurs de courant et de tension pour mesurer l'énergie générée et consommée
  • Connexions pour deux capteurs Hall pour mesurer la vitesse du générateur
  • Connexions pour trois résistances glissantes pour pouvoir mesurer les positions de l'actionneur de pas et du cylindre de frein
  • Connexions pour deux capteurs de force pour mesurer la pression de contact des cylindres de frein
  • Connexions pour quatre NTC pour mesurer les températures des enroulements du générateur et la résistance de charge.
  • Raccordement pour pouvoir dissiper la tension redressée vers un consommateur
  • Connexion et électronique pour pouvoir allumer une résistance de charge contrôlée par PWM.
  • Capteur de vibration pour détecter les vibrations anormales
  • deux capteurs de température pour surveiller les températures sur le PCB
  • une boussole électronique
  • un emplacement pour carte micro SD
  • un capteur climatique pour mesurer la température ambiante, l'humidité et la pression atmosphérique

logiciel

Le logiciel est développé à l'aide de l'IDE Arduino. Vous pouvez trouver le statut actuel dans le Nerdiy-Git sous le lien suivant :

https://github.com/Nerdiyde/genCon

6 commentaires

  1. J'ai lu qu'il y avait des problèmes avec la vitesse? Je ne suis pas 100% sûr du couple produit, mais un engrenage planétaire en bon état de fonctionnement au nom du rotor devrait augmenter considérablement le régime et ne prendrait pas beaucoup de place ?
    Super projet au passage

    1. salut daniel,
      Merci pour cette suggestion. 🙂 Je travaille actuellement à simplifier un peu toute la construction. Je n’avais même pas encore l’engrenage planétaire sur ma « liste ». Merci pour le conseil. 🙂
      Cordialement
      Fab

  2. Bonjour,
    Les aimants sont disposés à Halbach ? Cela augmente le flux magnétique.
    Le pont redresseur 3 voies est un modèle standard avec doids? Essayez peut-être un MOSFET.
    Les diodes consomment toujours une certaine tension - avec les ponts redresseurs, c'est le double de la tension directe. Ainsi, avec des diodes au silicium, vous perdez 1,4 volts.
    Avec MosFET, vous ne perdez presque rien - des microvolts.
    Recherchez «mosfet comme diode» sur Google.
    Vous pouvez également utiliser cette méthode dans le convertisseur de tension.
    S'il y a suffisamment de couple mais pas assez de vitesse, utilisez peut-être un engrenage planétaire. C’est comme ça que les « grands » font aussi.
    Et enroulez les bobines avec plus de tours. Cela augmente leur tension et vous en tirez quelque chose même à basse vitesse.

    1. Salut Michel,
      ce n'est pas un arrangement Halbach. Le générateur construit est également assez simple et pas optimal en raison des aimants pas vraiment adaptés. Vous pouvez vous faire une petite impression ici : https://nerdiy.de/nerdiskerator-a-generator-from-the-3d-printer/
      Je trouve également la solution du redresseur MOSFET très intéressante. Cependant, j'avais/ai un certain respect pour le bon contrôle des MOSFET et c'est pourquoi je l'ai inscrit un peu plus bas dans « la liste ». En revanche, les pertes économisées sont assez excitantes.
      Merci pour vos conseils. 🙂
      Cordialement
      Fabien

  3. Je ressens la même chose avec les MosFET. Lorsque j'étais en formation pour devenir ingénieur en électronique de systèmes électriques, les premiers MosFET capables de gérer 2 ampères venaient tout juste d'arriver sur le marché. Ils avaient la taille de pièces de 2 euros.

    Je l'ai juste googlé par curiosité et par ennui.
    J'ai appris qu'un redresseur triphasé avec MOSFET n'est pas aussi simple qu'un redresseur avec des diodes.
    Par exemple, 6 diodes suffisent, mais vous avez besoin de 12 MosFET. Parce que vous avez besoin d'un pont complet par phase, puisque le contrôle doit être pris du pôle opposé. Cela ne fonctionne pas avec du courant triphasé...

    Ensuite, j'ai trouvé un autre circuit avec un circuit intégré de contrôle... LT4320 - également intéressant.

    J'ai inclus un lien montrant un circuit complet qui devrait fonctionner même pour le courant alternatif triphasé - ou 4, 5, 6, beaucoup...
    Là, chaque MosFET a sa propre petite commande et peut fonctionner aussi précisément qu'une diode.
    Cependant, il écrit qu'il n'a pas pu démarrer le circuit sans une alimentation externe pour le circuit de commande. Mais c'est probablement vrai pour une simulation logicielle.
    Tu devrais l'essayer.

    https://www.mikrocontroller.net/topic/375657

    A propos des engrenages planétaires... C'est censé faire en sorte que le générateur tourne plus vite afin d'induire des tensions plus élevées dans les bobines.
    J'ai donc eu l'idée de fixer un anneau à l'extérieur des hélices à la place et d'y fixer les aimants. Dehors alors les bobines.

    Quelques mots sur le nombre d'aimants et de bobines...
    N'importe quel nombre pair d'aimants. Le nombre de bobines doit être inférieur ou supérieur de 1 !
    Cela réduit énormément le couple de démarrage, car les forces de verrouillage des aimants et des noyaux de bobine s'annulent presque complètement. Mais alors vous avez aussi besoin de beaucoup de diodes/MosFET - deux par bobine.

    Enfin, vous pouvez le concevoir comme une éolienne. C'est-à-dire qu'il n'y a pas de vols d'hélice au milieu, mais seulement sur le bord extérieur. Un cône au milieu de la turbine dirige le flux d'air du centre de la turbine vers les ailes, et l'air doit être tourné juste devant les ailes pour entraîner encore plus l'hélice.
    Mettez ensuite le tout dans un tube. Cela évite les turbulences aux extrémités des ailes et que l'air déplacé du centre s'échappe simplement vers l'extérieur sans entraîner les ailes.
    Maintenant, la pièce ressemble à une turbine d'avion, seulement plus courte.

    Ok – maintenant ça devient encore plus intense…
    Le tout est maintenant monté sur un mât. Une roue dentée est montée sur le mât sous la turbine.
    Deux hélices plus petites sont fixées au bas de la turbine et doivent former un angle de 90° l'une par rapport à l'autre. Ils entraînent un différentiel via des joints de cardan ou des engrenages coniques de manière à ce que le différentiel soit équilibré lorsque l'hélice est soumise au même flux, c'est-à-dire qu'elle ne tourne pas.
    Si l'une des hélices a un débit plus fort parce que la direction du vent a changé, cette hélice tourne plus vite que l'autre et le différentiel tourne. Il s'enclenche avec la roue dentée fixée au mât et remet la turbine dans le vent.
    L'avantage par rapport à un aileron est que la turbine tourne lentement face au vent et ne commence pas à battre si le vent change de direction de manière instable.

  4. Les vis métalliques dans les bobines sont-elles des noyaux de fer ?
    Bon, pas mal pour un premier essai.
    Mais il est préférable d'utiliser de la tôle de transformateur. Alors direction la tôlerie du transformateur 🙂
    Les feuilles de transformateur sont de minces disques de fer isolés les uns des autres et empilés pour former un noyau de fer.

    Lors de ma formation d'électronicien de centrale, nous avons tous été autorisés à construire un transformateur.
    Empilez le noyau du transformateur inclus, posez le corps d'enroulement en plastique préalablement enroulé, soudez sur le bornier.
    Le bobinoir (manuel) maintenait toujours le fil sous tension. Serré et serré, c'est mieux - Le flux magnétique diminue avec le carré de la distance au noyau et avec lui la puissance transmise.

    Un noyau de ferrite devrait donner des résultats encore meilleurs.

    La raison en est les courants de Foucault dans le noyau de fer, qui surviennent lorsque le champ magnétique induit également des courants dans le noyau de fer. Bien sûr, le noyau les court-circuite immédiatement, ce qui fait chauffer le noyau de fer.
    Cette chaleur n'est alors plus convertie en énergie électrique...

    Les disques de fer isolés réduisent considérablement les turbulences du courant. Un noyau de ferrite est constitué d'un matériau fritté dans lequel les tourbillons actuels n'ont qu'une fraction de millimètre d'espace et donc pratiquement aucune énergie n'est « gaspillée ».

    La seule chose qui manque est un convertisseur buck-boost pour pouvoir générer une tension utilisable à basse vitesse et un contrôle de point optimal qui peut ajuster la distance entre les aimants et les bobines afin que la meilleure efficacité soit toujours obtenue à différentes vitesses de vent .

    Quand tout est prêt, présentez le truc à la Nasa. Il y a plus de vent que de soleil sur Mars !

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