Convertisseur de tension

[ecobioelec]

Bonjour,

Je viens vers vous car je ne sais pas quel composant utilisé pour mener un projet à bien.
Objectif du projet : transformer un vélo d'intérieur en chargeur électrique pour recharger de petit appareils électriques se rechargeant habituellement au travers d'une prise USB (smartphone ...).
Concrètement, quand je pédale, je recharge mon appareil, quand j'arrête de pédaler plus rien ne se passe.
Le but est donc de produire une tension identique à celui proposé par un port USB sans endommager l'appareil à recharger.

La génératrice utilisée est une génératrice synchrone triphasée destinée aux petites éoliennes, nous redressons la tension avec un pont de diode redresseur. Cette partie là est acquise, nous avons bien une tension continue aux bornes du redresseur mais comme on pouvait s'y attendre, la tension à vide est proportionnelle à la fréquence de pédalage.

Ma question est donc la suivante : quel système ou ensemble de composants faut-il utiliser pour fournir une tension de 5 V, et pas plus, quel que soit la cadence de pédalage.

1. Utiliser un convertisseur de tension 5V (tension d'entrée entre 9V et 40V)
   Ce convertisseur de tension ou cet autre ferait-il l'affaire ?
   Peut-on imaginer plus simple et moins couteux ou est-ce impératif d'utiliser ce genre de composants ?
   J'ai un doute au regard de la tension de sortie quand j'appliques les filtres, quelle tension choisir parmi les suivantes : 5V DC, 5V ou encore +5V ?
2. Utiliser un convertisseur de tension 12V (tension d'entrée entre 9V et 40V) puis alimenter plusieurs modules USB comme celui ci

Bref, je patauge un peu
Merci pour votre aide.

Laurent,
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[vincent66]

Bonsoir,

Traco c'est plus cher mais c'est moins pire...

Le deuxième module sortant 5VDC me semble correspondre à ce que tu cherches...

Mais attention à ne pas pédaler trop fort et dépasser la tension max qu'il accepte en entrée...

Tu pourrais adjoindre un petit module d'affichage de la tension dc en sortie du pont redresseur...

Vincent

[DAT44]

Bonjour,
perso, je commencerai par charger un gros truc genre batterie de voiture (tu a environ 500W/H d'énergie en tampon), puis, a partir de la, je chargerai autre chose ...

[ecobioelec]

Mais attention à ne pas pédaler trop fort et dépasser la tension max qu'il accepte en entrée...

C'est le point qu'il fallait pointer : les ados vont se faire une joie de pédaler comme des fous !
Il faut que je trouve un moyen de ne pas dépasser la tension maximum.

Tu pourrais adjoindre un petit module d'affichage de la tension dc en sortie du pont redresseur...

C'est prévu, un Voltmètre et un Amperemètre à aiguille (galvanomètre)

je commencerai par charger un gros truc genre batterie de voiture

l'idée de la batterie tampon serait idéale pour ne pas dépasser 12 V par exemple et exploiter pleinement les modules USB mais nous ne voulons pas que l'énergie soit stockée, on veut que l'élève pédale pour recharger son téléphone ...

[A voir en vidéo sur Futura]

[DAT44]

Bonjour,
la tension n'ondule pas trop en sortie de pont ?

Prévoir un condo de filtrage ?

Si a vide la tension monte trop on peut placer une Zener de puissance (a base de transistor + Zener) en //, non ?

[ecobioelec]

Bonjour,
la tension n'ondule pas trop en sortie de pont ?

Prévoir un condo de filtrage ?

Si a vide la tension monte trop on peut placer une Zener de puissance (a base de transistor + Zener) en //, non ?

La tension fluctue bien sur en fonction de la cadence de pédalage mais cela reste stable pour peu que le cobaye s'applique (si c'est ce que tu entends par "onduler")
Pour ce qui est du condensateur et de la diode Zener je n'ai suffisamment de connaissance en électronique pour confirmer cela.
Je posterai une vidéo en fin de semaine avec la partie mécanique finie.

Merci Vincent

[DAT44]

Bonjour,
je parle de l'ondulation résiduel en fonction du redresseur utilisé, simple ou double alternance :
https://fr.wikiversity.org/wiki/Redr..._triphas%C3%A9
https://fr.wikiversity.org/wiki/Redr..._triphas%C3%A9

[DAT44]

Bonjour,
Un redresseur simple alternance donne une tension de sortie moindre avec une ondulation de sortie un peu plus importante.
Un redresseur double alternance donne une tension de sortie supérieur avec une ondulation de sortie un peu plus faible.
Comme ici, il me semble que l'on n'ait pas accès au neutre... le redresseur double alternance s'impose, non?

[ecobioelec]

Merci DAT44.
Si je lis bien la doc du composant, j'utilise bien un redresseur double alternance composé de 6 diodes :
http://www.vishay.com/docs/93565/vs-36mtseries.pdf (page 5)

[antek]

Oui, c'est un double alternance.
Il te faut un covertisseur DC/DC qui accepte en entrée la tension de l'alternateur.

[ecobioelec]

Bonjour,

Merci pour vos réponses.
J'ai commandé le petit module suivant, à 2.39 Euros, je ne risque pas grand chose.

• Input voltage: DC 4.5 ~ 40V.
• Output voltage: 5V (when the input voltage is between 6.5V ~ 40V).
• Output current: 2A.

Je reste cependant ouvert à d'autre possibilité.

Merci

[antek]

J'ai commandé le petit module suivant, à 2.39 Euros, je ne risque pas grand chose.

Oui.
Attention à limiter le courant de sortie.
Tu peux aussi en mettre plusieurs en // alimentés par le même alternateur.
Mais à priori ne pas mettre leurs sorties en //.

[ecobioelec]

Merci Antek
J'ai prévu de mettre 10 modules en parallèle sur le même générateur.
Si chaque module USB débite plein pot (2A x 5 V = 10 W), le générateur aura 100 W à fournir.
Je ne comprends pas pourquoi il faut limiter le courant en sortie car avec ce type de générateur, le couple demandé est proportionnel à la charge connectée. Autrement dit, si j'ai une charge connectée de 10 Watts, l'effort à fournir au niveau des pédales sera moindre que si j'ai 100 watts à fournir.

[antek]

Je ne comprends pas pourquoi il faut limiter le courant en sortie car avec ce type de générateur . . .

Je parle de limiter le courant de sortie de ton bidule DC/DC.
Sans aucune info sur le produit et si c'est du bas de gamme il risque de ne pas tenir longtemps les 2 A.

[ecobioelec]

Bonjour,

Voici une petite vidéo du projet en cours.
La génératrice synchrone triphasée, un pont de diode redresseur et 2 ampoules de voitures 12V/55W montées en série.
On voit que la tension fluctue et qu'il est difficile de maintenir une cadence de pédalage continue.
Je me demande comment vont réagir les modules USB ...

https://youtu.be/B3t2XnfxV_s

[invite2d256298]

bonjour,
j'ai déjà eu à faire un montage un peu dans le même genre pour un jeu de fête foraine. il me fallait une tension stable et un pédalage obligatoire. ma solution à été une batterie tampon (il n'y a rien de mieux) mais avec un relayage qui fermait le circuit et rendait le pédalage obligatoire...

[ecobioelec]

Bonjour Jpierre,

Merci pour ton commentaire.
Pourrais préciser ce que tu entends par "relayage".

Aujourd'hui j'ai mesuré la tension à vide (rapport de 4 entre le plateau et le pignon fixé à la génératrice.)

• en pédalant tranquillement : 40 V
• en pédalant, cadence maximum : 60 V
• en laçant le pedalier avec la main : pic à 90 V

Bilan, j'ai grillé un petit voltmètre digital que je n'avais pas pris la peine d'alimenter indépendamment ...
J'ai également branché un régulateur de charge solaire type MPPT à la génératrice afin de charger une batterie. La sensation au pédalage est assez désagréable dans le sens ou le régulateur cherche à optimiser la charge en cherchant la puissance maximum, cela se traduit par une montée progressive du couple puis un décrochage assez brutal.
Je me demande si je ne devrais pas augmenter la taille du pignon côté génératrice afin de diminuer la tension.
J'attends le step down converter histoire de voir ce qui va se passer.
Voilà, ce n'est pas gagné mais c'est passionnant !

Cordialement,

Laurent

[invite2d256298]

bonjour laurent,

déjà première chose arrange toi pour ne jamais pouvoir dépasser le 48v tension de sécurité (démultiplication et régulation) je ne connais pas l'ampérage de ton système, mais à 90 v... noël est déjà passé. pas la peine que les gamins se déguisent en guirlande clignotante. après avec les fluctuations importantes tout le matériel va sauvagement souffrir. faut donc lisser tout ça. et je ne parle pas des batteries des téléphones avec des multiples départs et arrêts de charge si jamais l'usage du vélo devient quotidien. d'où l'avantage de 2 batteries tampon. tu régules la charge à 24v. comme tu dis y'a pas pire que le mppt pour le confort de pédalage. en plus ces contrôleurs de charges sont très costaud mais ont une faiblesse énorme. ils doivent d'abord s'adapter à la batterie avant de pouvoir fonctionner. là sa durée de vie ne va pas dépasser quelques heures.

une bonne journée,

JP

[DAT44]

Bonjour,
tu est sur que le step down vas encaisser les 90V ?
perso, n’utiliserait un régulateur série (ou ballast comme proposer en #5)

[ecobioelec]

Bonjour,

J'attends toujours le régulateur de tension mais j'ai quand même l'impression que je vais avoir du mal à faire sans batterie si je veux avoir une sensation de pédalage homogène.
Jean-Pierre, tu peux en dire un peu plus concernant la solution de relayage dont tu as parlé ?
Je tente une approche :
la génératrice est connectée à une batterie pour tamponner, la tension sera limitée à 13,8 V, ok. Il sera cependant nécessaire de dériver la charge quand la batterie sera chargée, et là le rôle de tampon joué par la batterie disparaît et on est confronté au même problème de tension trop importante.
Concernant ce point, ne serait-il pas plus judicieux d'éclairer une lampe ou de chauffer une résistance (enfin dissiper ...)
L'autre point que je ne maîtrise pas c'est comment diriger la charge sur une branche du circuit ou sur une autre. Concrètement : si nous n'avons pas d'appareil à charger, la charge est dérivée et dissipée dans un ballast, mais si on a des appareils à charger, on dirige la charge vers le chargeur sans pour autant dépasser la tension critique.
Bref, c'est toujours aussi flou et j'ai bien peur que le step down converter ne soit pas le composant miracle, à moins que je n'abaisse la tension maximum obtenue à vide en agissant physiquement sur le rapport de transmission pédalier/génératrice afin que cette tension n'excède pas la tension d'entrée maximum du convertisseur. Et quand bien même nous ne dépasserions pas la tension maximum d'entrée du convertisseur, je crains que les pics de tension provoqué par les à coups du pédalage ne viennent à bout de l'électronique. Je dis cela car j'ai encore grillé un convertisseur cette après-midi sans pour autant dépassé sa tension d'entrée maximum
Bref, je vois que Jean-Pierre avait bien potassé le problème !

Cordialement,

Laurent

[invite2d256298]

bonjour,
bon on est d'accord la batterie est obligatoire. le pédalage doit être aussi obligatoire pour assurer la charge. et comme tu le dis quelque soit le système de régulation que tu vas choisir, le mieux serait que la batterie soit toujours en demande de charge. je t'avais parlé d'une deuxième source d'énergie pour la commande (ex dynamo de vélo). mais vu la gestion de la batterie en plus ce n'est pas la bonne solution. avec un arduino tu pourrais gérer l'ensemble. un compte tour permettant d'ouvrir le circuit de charge téléphone une fois le vélo en marche. un voltmètre avec un réglage niveau haut et bas permettant d'allumer un consommateur électrique. et pour la protection des téléphones le mieux serait d'ajouter un relais temporisé histoire qu'un petit arrêt de pédalage (ex changement de sportif) ne fasse pas couper la charge. quant au régulateur de charge proprement dit vu que tu veux faire descendre la tension produite à 13.2 v, un régulateur récupéré dans un alternateur de voiture voir un extérieur comme on en trouvait dans les anciennes devrait le faire. je peux t'aider pour le schéma électrique mais faut savoir si tu maitrises l'arduino ou si on doit passer par d'autres solutions

[ecobioelec]

Bonjour,

Je reviens à mon projet resteé en plan depuis quelques faute de temps et de matière grise. J'ai enfin trouvé 2 élèves motivés par le projet, qui maitrise un peu Arduino, on va pouvoir redémarrer.
Si Jpierre est toujours là, je suis preneur de ses conseils d'autant qu'il semble avoir été confronté à un système similaire.
Je récapitule :
L'objectif est de recharger des appareils électriques nécéssitant 5V continu (téléphones portables principalement) en pédalant.
Le vélo est prêt, la génératrice produit entre 0 et 40 V en fonction de la cadence de pédallage.

1. Nous voulons que le couple de pédallage soit constant tout long de l'utilisation (donc batterie pour tamponner)
2. Il faut obligatoirement pédaller pour charger
3. Il faut protéger la batterie contre les surcharges
4. au cas ou la batterie serait chargée, il faut dissiper l'nergie produite pour garder un couple constant

1. Nous voulons que le couple de pédallage soit constant tout long de l'utilisation (donc batterie pour tamponner)
2. Il faut obligatoirement pédaller pour charger
3. Il faut protéger la batterie contre les surcharges
4. au cas ou la betterie serait chargée, il faut dissiper l'énergie produite pour garder un couple constant

Aujourd'hui nous avons un pont de diode redresseur en sortie de génératrice qui alimente un step down converter (60V max input => 12V) qui alimente 12 step down converter (30 max input => 5V).
C'est fonctionnel mais rudimentaire.

Cordialement,

[Antoane]

Bonjour,

Quel est le niveau de formation des élèves devant travailler sur ce projet ?

Nous voulons que le couple de pédallage soit constant tout long de l'utilisation (donc batterie pour tamponner)

Cela demande de débiter un courant constant sur le moteur : le couple est relié au courant, la vitesse à la tension.
La batterie interne ne me semble pas nécessaire.
On peut cependant se demander si c'est une bonne idée sur un vrai vélo, sur la route, le couple fourni à la roue n'est pas constant : il est quasi nul lorsque les pieds se déplacent à l'horizontale (une pédale en haut et l'autre en bas) et maximal lorsque les pédales sont aux même niveau. En revanche, le pédalier tourne à la vitesse de la roue. je pense que le bon asservissement consisterait à utiliser une boucle interne de vitesse, assurant que le moteur tourne à vitesse constante indépendamment de la position du pédalier et une boucle de couple externe, régulant le couple moyen appliqué par la machine.

Un cycliste (même moyen) fournira de l'ordre de 50 à 200 W de puissance, soit beaucoup plus que le nécessaire pour charger un téléphone (~5W).

[ecobioelec]

@Antoane

Les élèves ont entre 15 et 18 ans, dans un contexte international.
Je leur enseigne le design, j'ai des notions d'électronique et de programmation mais je n'en mange pas tous les jours.
Les élèves sont très motivés, certains sont brillants.

Quand j'ai écris que nous souhaitions un couple constant je me suis peut-être mal exprimé et j'aurais peut-être du dire un couple homogène.
Cette spécification s'est imposée après l'utilisation d'un régulateur de charge MPPT intercalé entre la génératrice et la batterie : la sensation aux pédalles était tout simplement horrible (fort couple puis rien).

Merci

[Antoane]

Bonjour,

> Les élèves ont entre 15 et 18 ans, dans un contexte international.
Peux-être dans ce cas oublier (au moins provisoirement) ce que j’indiquais plus haut quant à la régulation en vitesse/couple, et commencer par réaliser un montage tel que le couple résistant soit constant, piloté par un potentiomètre (placé, par exemple, au guidon).

Tu peux le faire en deux étapes :
1. réalisation d'un "truc" assurant que le couple sur l'arbre moteur est constant
2. Récupération de l'énergie.

Le premier point se fera relativement aisément, en asservissant le courant délivré par le moteur : en pilotant en PWM une charge connectée au moteur. Toute l'énergie produite est alors dissipée dans cette charge résistive.
Cela permettra, en particulier, aux élèves de bien comprendre le fonctionnement du moteur et la (dé)-corrélation entre vitesse et couple, et comment on peut gérer les deux.
Le second point sera assez largement basé sur le premier, il s'agira d'adjoindre à la charge un cirucit régulant la tension de sortie.
Suivant l'avancement, il sera possible d'améliorer l'asservissement, par exemple en remplaçant la régulation du couple en régulation en vitesse (si cela se justifie), en cherchant à constamment récupérer autant d'énergie que possible, en faisant varier le couple résistif de manière à suivre un parcours réel, etc.

[ecobioelec]

Bonjour,

@Autoane :

1. tu penses à quoi comme charge résistive ?
2. tu peux developper le pilotage PWM ?
3. petite remarque : on ne veut pas que toute l'énergie produite soit dissipée dans une charge résistive mais on veut d'abord l'utiliser pour charger nos téléphones, tablettes ... l'excedent produit sera alors dissipé dans une charge résistive pour garder un couple de pedallage homogène.

merci pour vos réponses

[Antoane]

Bonjour,

Tu penses à quoi comme charge résistive ?

Une résistance
i.e. un truc qui dissipe l'énergie.

tu peux developper le pilotage PWM ?

https://fr.wikipedia.org/wiki/Modula..._d%27impulsion
et, plus généralement : https://www.google.fr/search?q=PWM+&...LGM8mDaMykqpAD

petite remarque : on ne veut pas que toute l'énergie produite soit dissipée dans une charge résistive mais on veut d'abord l'utiliser pour charger nos téléphones, tablettes ... l'excedent produit sera alors dissipé dans une charge résistive pour garder un couple de pedallage homogène.

J'ai bien compris
Cependant :
- le cycliste va produire entre 50 et 100 W environ alors que tu n'as besoin que de ~5 à 10 W pour charger une tablette, i.e. pas grand chose ;
- il faut y aller doucement, par étapes.