Projet : Vélo producteur d'électricité

[MartinCM]

Bonjour,

Nous sommes deux étudiants en école d’ingénieurs et nous avons pour projet de fabriquer un système de vélo producteur d’électricité, qui pourrait alimenter une prise 230V. Nous pensons maîtriser à peu près la partie mécanique, c’est pour la partie électronique que c’est plus compliqué… Donc nous avons plusieurs questions !

Nous pensions utiliser un moteur à courant continu de machine à laver de ce type :
Capture.PNG

et le schéma électrique suivant :
Capture1.PNG

La MCC délivre une tension continue de 200V à un hacheur qui la ramène à 12V en la régulant. Elle est transmise à une batterie qui permet de lisser le courant avant que l’onduleur nous crée une tension alternative 50Hz 230V. Voici donc nos questions :

• Premièrement, comment pouvons-nous câbler un hacheur-régulateur nous-mêmes, sans l’acheter ? Auquel cas, comment choisissons-nous les valeurs des différents composants ? Notre projet a pour objectif de recycler un maximum et de limiter les coûts.

• En ce qui concerne l’onduleur, nous pensions l’acheter pour plus de simplicité. Mais pensez-vous que nous pourrions nous-mêmes le câbler ?

• Enfin, notre moteur a une vitesse de rotation nominale très élevée (normal pour une machine à laver). Est-ce grave si, même avec des réducteurs, on ne parvient pas à faire tourner notre MCC à cette vitesse ? Comment est impactée la puissance ?

Merci beaucoup d’avance pour vos réponses et bon confinement !

Eli et Martin
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[roro222]

Bonjour
Pourquoi ne pas partir d'un alternateur de récup de voiture qui contient déja le necessaire pour recharger une batterie 12V
Ta partie hacheur-régulateur n'aurait plus raison d'être

[Dynamix]

Salut

Enfin, notre moteur a une vitesse de rotation nominale très élevée

C' est précis , ça !
Comment vous l' avez mesuré ?
Sous quelle tension ?

Est-ce grave si, même avec des réducteurs, on ne parvient pas à faire tourner notre MCC à cette vitesse ?

La tension dépend de la vitesse de rotation .
Faites de essais et de mesures , c' est le seul moyen de savoir à quelle vitesse il faut tourner .

[f6bes]

Bjr Martin CM,
Lorsqu'on se destine à etre ingénieur, fait etre...ingénieux !
Il faut d'abord cogiter et déterminer parmi plusieurs solutions, c elle qui serait la plus facile.
Comme le souligne Roro;, un alternateur semble tout indiqué.
Mais va falloir pédaler à la bonne cadence ( ça peut etre un inconvénient).
Enfin dernier détail, quelle est la puissance maxi à vouloir tirer du sytéme ?
Dépasser les 200 watts.... oh puta.... que c'est dur... j'abandonne.
Bon d'accord ce que qu'ne application " d'école" ! Mais dans la vie faudra que tout sytéme
puisse fonctionner plus de..10 minutes.
Bonne journée

[A voir en vidéo sur Futura]

[MartinCM]

Bonjour
Pourquoi ne pas partir d'un alternateur de récup de voiture qui contient déja le necessaire pour recharger une batterie 12V
Ta partie hacheur-régulateur n'aurait plus raison d'être

On y a pensé aussi, c’est vrai que ça supprimerait tout le hacheur etc. Néanmoins, on a vu que le rendement d’un alternateur n’était pas excellent. De plus, le projet était également centré sur de la récupération ; on avait une machine à laver à porter de main, que nous avons donc utilisée !

[MartinCM]

C' est précis , ça !
Comment vous l' avez mesuré ?
Sous quelle tension ?

Étant confinés nous ne pouvons pas mener d'expériences. Nous avons lu l'information concernant la vitesse nominale sur la plaque de la machine à laver (voir photo).

La tension dépend de la vitesse de rotation .
Faites de essais et de mesures , c' est le seul moyen de savoir à quelle vitesse il faut tourner .

Notre question était principalement par rapport au rendement de la machine si elle ne tourne pas à vitesse nominale ? Devient-il catastrophique ou reste-t-il relativement correct ?

[omega.067]

bien l'bonjour
une idée comme ça en passant, avez vous "calculé" la force à appliquer sur les pédales, via le multiplicateur de vitesse, pour que le "moteur" tourne à 10.000 t/m , même à vide ??
et avec une petite "charge"
Michel

[MartinCM]

Bjr Martin CM,
Comme le souligne Roro;, un alternateur semble tout indiqué.
Mais va falloir pédaler à la bonne cadence ( ça peut etre un inconvénient).

Pour pallier au problème d’une cadence non constante et pas forcément idéale, nous pensions utiliser un hacheur piloté à l’aide d’un transistor pour faire varier le rapport cyclique et donc la tension de sortie ? Cette solution vous semble-t-elle adaptée ?

Enfin dernier détail, quelle est la puissance maxi à vouloir tirer du sytéme ?
Dépasser les 200 watts.... oh puta.... que c'est dur... j'abandonne.

Concernant la puissance de sortie nécessaire, cela va dépendre de ce qu’on souhaite brancher derrière. Ce n’est pas encore fixé mais nous pensons principalement à des chargeurs de téléphones ou des outils “visuels”, pour sensibiliser (perceuse ou autre).

Sinon, un petit calcul rapide de puissance : E=P.t
Si on prend l'énergie développée par un coureur de 65kg au mont Ventoux, on a environ 10^6 J.
Il monte en environ 1h, soit à une puissance d'environ 250W. On ne prétend pas être coureurs du tour de France, mais on ne compte pas pédaler pendant 1h non plus

[paulfjujo]

bonjour,



Ce moteur 10000tr nominal n'est pas du tout adapté ..
toute la puissance mecanique fournie sera principalement absorbée par le rendement mecanique d'un surmultiplieur
pour atteindre 10000 tr
il existe des alternateurs /moteurs ou generatrices à CC sous 12V , pouvant alimenter votre batterie tampon 12V
qui attaque le convertisseur 12/230V
de plus au niveau bilan energetique , pourquoi passer par un 200V/12V

un plan de la partie mecanique ?

Faire le tour de France en chambre , pour pouvoir arriver au 360W pendant quelques heures..
atteindre le kilowat-heure ! et hop , 0,2€ gagné
le gain, sera plutot sur la perte de surpoids

sinon, au niveau formateur .. c'est une bonne idée
que j'aurais suivi, si je n'etais pas aussi nul en mecanique

[MartinCM]

En tout cas, merci beaucoup à vous tous d'avoir pris le temps de nous répondre.
Nous avons eu assez peu de temps cette semaine mais le projet continu !

Eli et Martin

[MartinCM]

bien l'bonjour
une idée comme ça en passant, avez vous "calculé" la force à appliquer sur les pédales, via le multiplicateur de vitesse, pour que le "moteur" tourne à 10.000 t/m , même à vide ??
et avec une petite "charge"
Michel

Justement, l'idée était de ne pas tourner à 10 000 tr/min, on sait bien que ça sera difficile

[MartinCM]

On a bien conscience de tout ça, ou en tout cas on en prend conscience !
L'objectif était de récupérer un moteur là où nous en trouvions un... Mais du coup, pourquoi pas un alternateur de voiture ! De plus, j'ai lu qu'il fallait alimenter les batteries 12V en un plus plus, comme 14V.

Ci-joint, un petit schéma rapide de la partie mécanique, sans aucune dimension pour le moment.

[omega.067]

re
un calcul vite fait, pour ce rendre compte
un alternateur de voiture, c'est ± 1500t/min , fait le rapport de vitesse au niveau des manivelles du pédalier
Michel

[MartinCM]

Oui oui, merci
Mais on souhaite quand même exploiter notre machine. Et si ce n'est pas possible, on prendra un alternateur de voiture !
On pense utiliser notre machine dans la fourchette basse des vitesses de rotation (voir plaque signalétique que je joint à nouveau ici).
Merci encore !!

[BOB92]

Bonjour

Mais on souhaite quand même exploiter notre machine.

Ta machine est u moteur, qui pour être stable (en fonction de la charge) doit être pilotée par un automate calé sur son "tachymètre".
Il s'agit d'un moteur série.

As-tu au moins une idée de ce qu'est une génératrice série ?
Tu crois quelle va te fournit du 200 V comme tu sembles le penser .
Un minimum de connaissances en électrotechnique semble nécessaire, ne serait-ce que pour faire un schéma bloc …., et ne pas y confondre moteur et générateur.

Cordialement

[trebor]

On a bien conscience de tout ça, ou en tout cas on en prend conscience !
L'objectif était de récupérer un moteur là où nous en trouvions un... Mais du coup, pourquoi pas un alternateur de voiture ! De plus, j'ai lu qu'il fallait alimenter les batteries 12V en un plus plus, comme 14V.

Ci-joint, un petit schéma rapide de la partie mécanique, sans aucune dimension pour le moment.
Pièce jointe 411750

Bonjour,
Un projet pour un bon sportif, le vélo de course est déjà là.

Pour obtenir 1500 t/min avec un alternateur de voiture avec le vélo en utilisant sa roue arrière comme poulie, l'alternateur devrait avoir une poulie 10 fois plus petite pour une vitesse du vélo proche de 20 kms/h.

Considérons que vous parvenez à maintenir une vitesse de 20 km/h, ce qui est déjà très bien, surtout si il est nécessaire de pédaler pendant une 1/2 h non stop ou plus à cette cadence.

Une roue de 700 mm sans son pneu fait environ 640 mm de Ø soit un développement de 640*3,1416 = 2010,6 mm ou 2,011 m
20000 m / 2,011 = 9945 tours de roue arrière en 1 h et 9945/60 = 166 t/min
avec un rapport de 10 de la poulie de l'alternateur sa vitesse sera de 1660 t/min.

Pour la cadence du pédalage ainsi que l'effort à fournir, cela dépendra du rapport utilisé sur la cassette et au pédalier.
De quoi se faire de belles cuisses bien musclées, car déjà avec une petite dynamo en 6 volts et 3 W, on sent déjà que l'effort n'est plus aussi facile pour avancer.

Bonne suite et dit nous si c'est facile de produire quelle puissance en Watt à la sortie de l'alternateur, à mon avis 50 à 100 W peut être plus mais pour la durée ???

[BOB92]

Justement, l'idée était de ne pas tourner à 10 000 tr/min, on sait bien que ça sera difficile

Bonjour
Drôle d'approche aussi sur le plan mécanique ….
Qu'est-ce que cette histoire de tourner à 10 000 t/m, …. dans quel but ??? pour essayer qu'il produise 360W (au Rendements prés) avec environ 200 V
Qui pourra produire une telle puissance à ce niveau de la démultiplication ????
Deux points de fonctionnements nominaux sont mentionnés sur la plaque …. ( deux points de sa zone de fonctionnement) …

Pourquoi ne pas retenir l'autre point qui semble beaucoup plus réaliste
800 t/m, 110 W , soit électriquement aux environs de 22V et 5 A …
N'est-ce pas beaucoup plus réaliste, et cohérent
- en terme de puissance à ce niveau d la chaîne,
- en terme de tension …..
Reste à calculer ou à estimer combien cela implique au niveau des pédales … sachant que là, ce sera de toutes façons inférieur à 400W … même en pointe ….

Cette énergie va être essentiellement variable, et le couple vitesse-puissance optimisé par l'opérateur qui va choisir le rapport de vitesse mécanique pédalier/roue qui lui convient le mieux.

En conséquence, la tension disponible sera essentiellement variable ….. tout comme la caractéristique en charge de la génératrice …. (un peu comme un panneau photovoltaïque)
Si l'on veut optimiser l'utilisation de l'énergie , il convient alors d'utiliser un chargeur de type MPPT qui choisira en permanence un point de fonctionnement optimum sans aucun réglage extérieur

Les synoptiques à traiter sont de 3 types :

- global : Générateur - Chargeur - Batterie - Onduleur - Charge

- Mécanique : Pédalier - Chaîne - Plateau&dérailleur - roue AR - Courroie ? - Poulie - Générateur

- Electrique : Réseau de courbes génératrice - Chargeur - Batterie - Onduleur - Charge 230V

Ces 3 graphes étant à justifier en terme de faisabilité et d'estimation grossière des performances .

Nous sommes sur un forum : Futura Sciences … il ne faut pas l'oublier … surtout quand il s'agit de mener à bien un projet … et surtout en Ecole d'Ingénieur ...
Il faut que chaque choix (*) puisse être justifié …. car après, on ne pourra qu'optimiser ...
(*) qu'il s'agisse de disponibilité, d'adaptation, de performance intrinsec, .....
Réfléchir aussi aux infos/proposition de TREBOR ci-avant...
Cordialement

[MartinCM]

Bonjour à tous !

• Nous pensons en effet partir d'avantage sur le deuxième point de fonctionnement à 800 tr/min. Ca sera beaucoup plus facile d'atteindre cette vitesse ! Et même si on la dépasse un peu, la génératrice (ou le moteur, il me semble que c'est réversible ) produira au pire un peu plus de puissance
  On réfléchit toujours néanmoins a utiliser un alternateur de voiture, qui implique un rapport de réduction pas si énorme que ça, réalisable facilement avec un système de poulie/courroies (pas de chaine en raison du bruit) : nous avons fait nos calculs avec une roue de 27,5" (VTT, mais on aurait pu prendre autre chose).

• Ensuite, nous ne sommes pas sûrs de choisir un vélo avec différentes cassettes et un dérailleur, pour des histoires de rendement mécanique. Et fixer la vitesse au pédalier "confortable" nous permettrait aussi de ne pas avoir à utiliser de MPPT : diminution des coûts, et on rentre plus dans notre optique de réutilisation.

• Et à 800 tr/min, 110W au moteur donc disons 150W au pédalier ne nous semble pas énorme à fournir, ce qui est un avantage ! Et 110W suffisent pour notre utilisation.
  Encore une fois, nous précisons que c'est plus un prototype de démonstration qu'autre chose, pour montrer que ce n'est pas si facile de produire de la puissance, et encore plus de l'énergie !

Merci encore pour vos réponses.

Martin

[BOB92]

Bonjour

Attention à l'appréciation de moteur et générateur …

Un moteur à excitation shunt se prête très bien à un pilotage et à une stabilité …
Un moteur à enroulement série, c'est tout à fait différend …. Il a une vitesse infini (théorique)n à vide , et une très faible vitesse en charge. Mais il a une caractéristique intéressante dans certaines utilisations à couple très variable, et surtout élevé à faible vitesse.
Son pilotage direct est quasi impossible si le couple est variable …. (contrairement à un couple monotone cf. ventilateur).
D'où l'indication de deux points de fonctionnement en charge …

Bien que théoriquement réversible,
- le fonctionnement d'une génératrice shunt est tout à fait stable et linéaire ,
- le fonctionnement d'une génératrice série est excessivement difficile à maitriser ….. sa tension va varier bien évidemment avec sa vitesse, mais surtout avec sa charge ……. ce sera un peu comme un panneau photovoltaïque soumis à un cycle journalier …. c'est pour cela que je parlais de régulateur/chargeur MPPT de façon à en extraire avec sa charge , l'énergie maximum disponible …. (Sinon, il te faudra un convertisseur DC/DC que tu vas piloter toi-même en tension de sortie.
C'est toutefois possible, mais il faut que tu soit sensibilisé au fonctionnement d'une génératrice série … (et il n'y a pas beaucoup d'infos sur ses courbes de fonctionnement ( Vitesse, Tension, Courant, Puissance )

Un alternateur de véhicule, avec son régulateur .. pourquoi pas ….
- la difficulté : sa vitesse de rotation élevée afin qu'il génère une tension supérieure à celle de la batterie … (au-dessous, sans intérêt : 1000 t/mi, mini je penses)
- au-dessous, la tension sera plus z pus faible, tu ne pourras pas charger directement ta batterie en utilisant la régulation de l'alternateur … et il te faudra utiliser un convertisseur DC/DC pour rehausser la tension ...

Effectivement, tu peux présenter les 2 solutions, et en retenir une compte tenu de l'ensemble des paramètres ( perfos, contraintes y compris de réalisation ) dont tu disposes.

Cordialement