Vélo générateur d'électricité - Problème régulation de tension

[JeanneForum]

Bonjour,

J'ai adapté un roue-moteur d'hoverboard (36V brushless triphasé 350W, montage étoile) sur un vélo afin de le transformer en générateur d'électricité pour recharger des portables via des ports USB et/ou alimenter de petits appareils via un onduleur. Je cherche à faire de la consommation directe donc il n'y aura ni batteries ni contrôleur de charge dans le système.

J'ai branché ce moteur/générateur triphasé sur un redresseur (pont de diode triphasé 100A, 1200V) suivi d'un condensateur pour lisser le courant et obtenir du courant continu. Quand je pédale fort, je génère plus de 100V à vide ce qui est beaucoup trop pour alimenter des modules USB (même charge rapide) et pour alimenter mon onduleur (qui est un 24Vcontinu en entrée et 220V alternatif en sortie)

J'ai donc pensé mettre un régulateur de tension type "abaisseur DC-DC" mais impossible d'en trouver un qui accepte en entrée les 100V générés à pleine vitesse de pédalage. Le mieux que j'ai trouvé est un régulateur qui accepte entre 12 et 95V en entrée (avec une sortie réglable entre 1.5-90V) ce qui est inférieur au 100V générés à vide.

Ma hantise est de cramer quelque chose dans mon circuit, que ce soit le régulateur (pas les moyens d'en racheter plusieurs) ou pire, les charges branchées derrière. Je cherche une solution électrique (pas une solution mécanique de découplage ou autre).

Je sèche... Auriez-vous une idée pour solutionner mon problème ?

Merci beaucoup à tous pour votre aide !
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[paulfjujo]

bonsoir,

Que devient cette tension à vide de 100V , ..avec une charge Reistance de 1K ou 100 ohms ?
(100ohms ...100W !)
ou resistance de fer à souder !

[trebor]

bonsoir,

Que devient cette tension à vide de 100V , ..avec une charge Reistance de 1K ou 100 ohms ?
(100ohms ...100W !)
ou resistance de fer à souder !

Bonjour,
Même avis, car la tension sous une charge ne sera jamais à 100 volts même à pleine vitesse de pédalage qu'il sera d'ailleurs quasi impossible à maintenir suivant la puissance de la charge à alimentée = R*I², plus R en ohm sera faible, I sera important ainsi que l'effort du pédalage.
Faire un essai avec une ou deux ampoules de phare de voiture ( 12 V 55 watts ) pour 4,5 ou 9 ampères.

[lutshur]

Bonjour,
S'il n'y a aucun appareil à charger, le générateur ne débitera que le courant de repos du régulateur. Si ce courant est négligeable, on pourra dire que c'est à vide.
Mais faudrait être spécial pour le laisser branché alors qu'il n'y a rien à charger.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Gyrocompas]

Bonjour,
2 solutions existent.
Un convertisseur step-down qui produira le meilleur compromis en terme de rendement.
Le temps de conduction d'un Tr règle la tension de sortie.
Une régulation shunt comme sur les générateurs de moto. Un thyristor entre en conduction sur chaque phase dès que la tension limite est atteinte.
Le rendement est mauvais.

[polo974]

S'il y a 100 V, d'abord il faut être conscient que c'est mortellement dangereux.

Et ensuite j'essayerai avec un chargeur de téléphone, modèle standard qui se branche sur le secteur. Ça pourrait marcher...

[Antoane]

Bonsoir,

Bobflux expliquera ca bien s'il passe par là, mais une telle génératrice se comporte plutot comme un générateur de courant, et la tension chutera dès que tu y connaitras unecharge (cf. post de paulfjujo).
puisque le problème se pose donc à vide, une solution peut consister à intégrer une simple zener de puissance de, par exemple 48V, un régulateur court-circuitant ou déconnectant la sortie, ou un régulateur à découpage (qui sera au passage régulé en MPPT) pour assurer l'extraction d'un maximum de puissance.

On est dans le cas où le rendement importe peut dans ce mode de fonctionnement, et une régulation par dissipation peut convenir

[Bounoume]

en complément de Aotane: la diode zener de puissance t'apporte la limitation de sécurité, mais est-il nécessaire de faite tourner ton générateur à grande vitesse?
c'est toi qui pédales sur le vélo?
faut savoir que la tension (alternative efficace, puis continue redressée) en l'absence de charge consommatrice de courant, est proportionnelle à la vitesse de rotation de la dite roue-moteur (c'est vrai pour tout alternateur à aimants permanents, entre autres....
Si tu tournes moitié moins vite, tu te fatigueras moins, et la tension max en sortie sera moindre....
Pourquoi ne pas changer (en divisant par 2 ) le rapport de (dé)multiplication de la courroie ou engrenage qui transmet le mouvement (du pédaleur, ou autre esclave) à l'axe du "moteur-hooverboerd ?

une fois la diode zener de puissance choisie, (si tu te limites à USB, mieux vaut prendre une dizaine de volts zener) et un régulateur ultra-simple comme celui-là convient pour usb2.0
https://www.conrad.fr/fr/p/stmicroel...-a-179345.html

[Gyrocompas]

Bonjour,

une fois la diode zener de puissance choisi

Rappel : le fonctionnement s'assimile à celui des alternateurs de moto, par redressement tri-phasé.
La tension évoluant avec le régime, un dispositif (thyristor) place chaque enroulement en court circuit dès que la tension est dépassée.
L'alternateur réalisé depuis un moteur doit être capable de restituer la puissance consommée, quelque chose comme 250 W...

[bobflux]

Bobflux expliquera ca bien s'il passe par là, mais une telle génératrice se comporte plutot comme un générateur de courant, et la tension chutera dès que tu y connaitras unecharge (cf. post de paulfjujo).

Pas forcément : c'est le cas pour une dynamo de vélo parce que c'est fait pour, et donc construit avec une inductance interne énorme qui limite le courant. Donc une dynamo de vélo se comporte comme une source de courant, et on peut la mettre en court-circuit pour limiter le courant. Mais un moteur brushless est au contraire optimisé pour avoir une inductance pas trop élevée (pour tourner vite) donc ça ne marche pas ici.

Vérifions tout de même : pour ça il suffit de mettre le moteur en court-circuit, par exemple après le redresseur. Tant qu'à faire, yaka le court-circuiter avec un ampèremètre pour mesurer le courant.

Que donne la mesure, avec le cycliste qui se donne à fond ?

Sinon, une solution est simplement de faire tourner le moteur moins vite (le vélo a un changement de vitesse, non ?)

Pour la zener de puissance il faut oublier, la dissipation maximum de ce genre de composant est bien trop faible.

Si le but est de faire de l'exercice, donc de dissiper l'énergie excédentaire produite sous forme de chaleur, il faudra quelque chose de beaucoup plus costaud. L'idéal serait d'utiliser l'énergie en trop pour faire tourner un ventilateur qui gardera le cycliste au frais.

Si le but est de charger des appareils sans se fatiguer, la solution n'est surtout pas de brûler l'énergie en trop...

[JeanneForum]

Je n'ai malheureusement pas accès au vélo très souvent (pas la place pour bricoler chez moi), mais j'essaierai cette manip dés que possible pour vous répondre.
Merci de votre réponse

[JeanneForum]

Merci à tous pour toutes ces réponses, ça fait plaisir et c'est très instructif.
Je pense que mes réponses à chacun sont utiles pour tous (j'ai essayé de ne pas me répéter)
Encore merci !

@ trebor : j'imagine en effet que la tension sera plus faible avec une charge mais je pense aussi que je suis une piètre pédaleuse et qu'un vrai sportif produirait bien plus encore. Je fais un essai sous charge dés que possible.
@ lutshur : Je suis absolument novice en électricité. Vous dites que ce serait une mauvaise idée de "laisser branché le régulateur s'il n'y a rien à charger", c'est bien ça ? Si oui, j'arrive à ma limite de compétence. Faudrait il un interrupteur pour ouvrir le circuit en amont du régulateur pour que l'on puisse pédaler sans danger quand il n'y a aucune charge branchée derrière ?
@ Gyrocompas : j'ai justement commandé un régulateur step down DC DC qui accepte entre 12 et 95V en entrée avec une sortie réglable entre 1.5 et 90V. Comme je n'y connais rien je pensais qu'il fallait dimensionner ce régulateur en fonction de la tension max à vide en sortie du redresseur mais je me trompe certainement. J'avoue avoir été perdu par le reste du message (temps de conduction et thyristor. Je vais me renseigner sur ce composant).
@polo974 : C'est toujours bien d'alerter ! Je suis d'accord avec vous. Je vais faire tout mon possible pour mettre tout ces circuits dans des boitiers étanches et sécurisés. Y aurait t'il besoin de mettre qqch à la terre et si oui comment ? Sinon oui, dés que j'aurais reçu le régulateur DC DC, j'y brancherai un petit onduleur 12v/220V pour y brancher un chargeur de téléphone standard afin de tester.
@Antoane : Je suis d'accord que la tension baissera dés qu'il y aura une charge mais comme expliqué plus haut, si je suis capable de générer 100V, un cycliste averti fera certainement beaucoup plus donc peut être toujours 100V même avec une charge. Par ailleurs, il semble que j'ai un problème de compréhension d'un principe electrique de base. Si je pédale fort, que je génère 100V mais que je ne branche aucune charge (je pense au cas ou je regarde ailleurs pendant 30sec et qqun d'autre monte sur le vélo sans avoir été briefé), est-on d'accord qu'il y aura effectivement 100v (au rendement des composants près) aux bornes de mon régulateur de tension ? Si oui, pourquoi le fait qu'il n'y ai pas de charge change qqch au fait que le régulateur est dimensionné pour 95V max en entrée donc inférieur à 100V ?
Concernant les diodes zener, c'est comme pour le thiristor, je n'y connais rien pour le moment mais merci je vais me renseigner à ce sujet.
Concernant le principe MPPT, j'avais compris que c'était un système pour charger des batteries type controleur de charge, ce qui est différent d'un régulateur de tension. N'ayant pas de batteries sur mon système, un contrôleur de charge ne peut d'après moi pas s'adapter à mon cas.
@Bounoume : Le but du jeux est multiple (cas 1 : charger des portable ou alimenter des petits appareils via un onduleur, cas 2 : faire de petites compétitions ou des personnes vont pédaler le plus fort possible pour produire un maximum de Wh en pédalant pendant 30sec. Dans ce cas je penserai à brancher de grosse charge genre 3 ou 4 lampes 100W en sortie. Cas 3 : C'est le cas 2 mais où j'aurais oublié de brancher les charges donc le pédaleur produit 100V dans le vide). Pour faire court, oui, le but du jeux sera entre autre de pédaler le plus fort possible et je me dois de prendre ce scénario en terme de sécurité
Concernant l'entrainement de la roue d'hoverboard, il n'y a pas d'engrenages car je veux garder un système simple et léger. La roue du vélo est en contact direct avec la roue d'hoverboard.
@ Gyrocompas : "un dispositif (thyristor) place chaque enroulement en court circuit dès que la tension est dépassée." Idem je suis novice donc pour le moment je ne comprends pas tout mais je vais me renseigner. J'aurais imaginé qu'en plaçant les enroulements en court circuit, cela forcerait le moteur à freiner mais j'imagine que mon intuition est fausse.
@ bobflux : J'éspère pouvoir faire ce test dés mardi mais pas sur encore. Mais Ok, si je comprends bien, je placerai le + de l’ampèremètre sur le plus du redresseur et le moins de l'ampéremètre sur le moins du redresseur et je pédale fort. J'ai peur de dire une énormité mais pourrai-je également mesurer la tension avec ce même branchement ?
Comme dit plus haut, il y aura un scénario ou on pédalera le plus fort possible. Cela me va de dissiper l'énergie en chaleur si besoin si ça permet d'être en sécurité mais ce que je voudrait c'est que cette sécurité soit intégré par défaut dans le système sans avoir a penser à rajouter une charge externe. Je veux pouvoir être sereine si je ne suis pas là et que qqun pédale fort sans avoir pensé préalablement à brancher un appareil très consommateur sur l'onduleur .

[lutshur]

Faudrait il un interrupteur pour ouvrir le circuit en amont du régulateur

Non, mauvaise idée. Qui sait jusqu'où la tension peu monter ! C'est plutôt la solution mécanique que je privilégie, ne plus entrainer le moteur/générateur.

La roue du vélo est en contact direct avec la roue d'hoverboard.

Il doit être possible de travailler là-dessus.

Je pensais à un vrai vélo, qui roule. Vent dans le dos, la mer en pente et pédalage à fond, ça doit donner !
Mais apparemment il sera fixe ?

[Bounoume]

@ Gyrocompas : "un dispositif (thyristor) place chaque enroulement en court circuit dès que la tension est dépassée." Idem je suis novice donc pour le moment je ne comprends pas tout mais je vais me renseigner. J'aurais imaginé qu'en plaçant les enroulements en court circuit, cela forcerait le moteur à freiner mais j'imagine que mon intuition est fausse.

c'est VRAI, c'est toujours vrai pour ton moteur (comme c'est vrai aussi pour d'autres moteurs dont l' "inducteur" est aussi constitué d'aimants permanents.......

pour ce qui est du thyristor... il est facile de commander quand on veut à ce dispositif de se comporter comme une sorte de court-circuit...... mais il faut avoir installé un petit dispositif qui lui commande de se mettre comme un court-circuit (on dit "qui amorce le thyristor"... et pour ça il faut que le dit dispositif envoie un petit courant dans la 'gate' du thyristor..... )

@polo974 : C'est toujours bien d'alerter ! Je suis d'accord avec vous. Je vais faire tout mon possible pour mettre tout ces circuits dans des boitiers étanches et sécurisés. Y aurait t'il besoin de mettre qqch à la terre et si oui comment ? Sinon oui, dés que j'aurais reçu le régulateur DC DC, j'y brancherai un petit onduleur 12v/220V pour y brancher un chargeur de téléphone standard afin de tester.

question mise à la Terre.....
SI aucun des les circuits électriques que tu rajoutes n'est relié au 230 V, ni à un appareil relié au 220 V, ce n'est ni obligatoire, ni conseillé..... de relier à la Terre générale du réseau électrique, ni à une vraie Terre locale....il vaut mieux demeurer en 'flottant' ....par contre relier les conteneurs des appareils que tu as rajoutés (si ils sont dans des boîtes métalliques)... à la partie en fer de ta bicyclette, oui, c'est bien.

MAIS Si un au moins de tes rajouts est alimenté en 220 V, alors la protection devient très compliquée. à définir.......

@ bobflux : J'éspère pouvoir faire ce test dés mardi mais pas sur encore. Mais Ok, si je comprends bien, je placerai le + de l’ampèremètre sur le plus du redresseur et le moins de l'ampéremètre sur le moins du redresseur et je pédale fort. J'ai peur de dire une énormité mais pourrai-je également mesurer la tension avec ce même branchement

Si tu as fait l'achat d'un quelconque 'ampèremètre' (en fait mieux nommé 'contrôleur universel') le dit engin comporte un gros bouton de choix de fonction (ampères continu, ampères alternatif, volts continu, volts alternatif, ohms etc....
dans la montage de bobflux, selon que tu mets le contrôleur sur Intensité (en ampères) ou tension (en volts) ...et que tu as choisi dans les 2 cas le 'alternatif'..... tu auras la bonne valeur!

Mais dans d'autres cas de montage (sans court-circuit) il faudrait brancher différemment le contrôleur pour avoir d'une part une intensité consommée, d'autre part la tension d'alimentation

ps connais-tu la puissance maximum que peut fournir un humain pédaleur? de mémoire, ENVIRON 500 W max..... (info que je ne retrouve pas maintenant sur le NET...) ça ne justifie pas de gros investissements sur un gros onduleur....
à bientôt....

[bobflux]

@ bobflux : J'éspère pouvoir faire ce test dés mardi mais pas sur encore. Mais Ok, si je comprends bien, je placerai le + de l’ampèremètre sur le plus du redresseur et le moins de l'ampéremètre sur le moins du redresseur et je pédale fort. J'ai peur de dire une énormité mais pourrai-je également mesurer la tension avec ce même branchement ?

Non si tu le mets en mode ampèremètre (calibre 10A) il va court-circuiter le moteur donc la tension de sortie sera très faible. On a déjà une idée de la tension maximum à vide (100V et quelques) ; pour dimensionner la charge il faut aussi connaître le courant maximum en y allant à fond.

Comme ton moteur est triphasé et ton multimètre n'a que deux fils, le plus simple est de le mettre après le pont de diodes : il faudra donc le metter en mode "Continu" et non "alternatif".

Concernant l'entrainement de la roue d'hoverboard, il n'y a pas d'engrenages car je veux garder un système simple et léger. La roue du vélo est en contact direct avec la roue d'hoverboard.

Mais le vélo a probablement un changement de vitesses !

ps connais-tu la puissance maximum que peut fournir un humain pédaleur? de mémoire, ENVIRON 500 W max..... (info que je ne retrouve pas maintenant sur le NET...) ça ne justifie pas de gros investissements sur un gros onduleur....
à bientôt....

500W en endurance c'est un coureur de tour de France on va compter 250W pour un amateur et 100W pour un non-sportif.

En sprint le record doit être à 2kW, mais pas longtemps...

Bref, sur le calibre 10A le multimètre.

Maintenant que l'objectif du montage est plus clair...

1 : charger des portable ou alimenter des petits appareils via un onduleur

2 : faire de petites compétitions ou des personnes vont pédaler le plus fort possible pour produire un maximum de Wh en pédalant pendant 30sec. Dans ce cas je penserai à brancher de grosse charge genre 3 ou 4 lampes 100W en sortie.

...pour faire ça il faut commuter des charges en fonction de la production, et aussi compter le score ! donc fabriquer un compteur d'énergie.

Pour le premier y a sûrement moyen de faire ça avec un truc du genre LM3914 (tension de sortie -> nombre de lampes allumées) ou un microcontroleur, et pour le deuxième un microcontroleur semble tout indiqué.

[JeanneForum]

Bonjour à tous,

Encore merci pour vos retours. J'y répond à la fin de ce message.

J'ai fait quelques tests en charge et je n'ai finalement pas eu de problèmes de tension trop élevée. Par contre il semble impossible d'alimenter une ampoule 100W grâce à un onduleur. L'onduleur s'allume 2 secondes (et l'ampoule aussi) puis s'éteint puis se rallume, puis s'éteint, etc, etc à l'infini.
J'ai essayé avec 2 onduleurs différents. Même problème. J'ai l'impression que pour utiliser un onduleur il faut obligatoirement une batterie derrière peut être pour des raisons de stabilité et d'intensité nécessaire en entrée.

Je me pose une autre question maintenant (d'ailleurs, pensez-vous que je dois faire un topic différent ?). Oublions la partie onduleur (sauf si qqun a une idée lumineuse pour faire sans batterie
Admettons que je veux juste alimenter 3 charges à savoir 3 ports usb femelle avec 3 téléphones portables branchés dessus pour les recharger. Je me demande comment faire le meilleur câblage des charges car en regardant des vidéos d'aménagement de caravane, j'ai vu plusieurs schémas différents. J'ai une intuition mais je ne suis pas certaine. Y a t'il une différence entre les 2 schémas électriques suivants et si oui laquelle et quel schéma me conseilleriez vous ?



Là j'ai mis une pile sur le schéma pour simplifier mais imaginez que c'est la sortie courant continu bien propre après le moteur d'hoverboard, redresseur, régulateur etc...

Merci d'avance !


@Lutshur : Oui le vélo sera fixe. Je cherche une solution uniquement electrique, pas mécanique.

@ Bounoume : les appareils 220V seront alimentés par l'onduleur, ils ne seront pas branchés sur le secteur.
Tu veux dire que je dois relier les carcasses métalliques de mes différents composants (onduleur, redresseur, régulateur de tension) au cadre du vélo, c'est ça ?
Oui je pense que 500W grand max est un bon ordre de grandeur.

@ Bobflux. Oui il va y avoir un microcontroleur qui suivre la production, faire un reset etc ça mais c'est pour plus tard.

[antek]

Les deux schémas sont électriquement identiques !

[paulfjujo]

bonjour,

.....Par contre il semble impossible d'alimenter une ampoule 100W grâce à un onduleur. L'onduleur s'allume 2 secondes (et l'ampoule aussi) puis s'éteint puis se rallume, puis s'éteint, etc, etc à l'infini....

le test avec un ampoule d'eclairage n'est pas l'ideal... le filament de l'ampoule pouvant etre jusqu'à 10 fois plus faible à froid..
La surintensité au demarrage peut entrainer la disjonction de l'onduleur ...
0.45Amp à chaud ..mais pointe possible > de 2 à 4Amps.

il vaudrait mieux utiliser un fer à souder de 100W, ou le rapport froid/chaud est moindre