Guide définitif des générateurs auto-alimentés pour l'industrie électronique

Avec l'ère du « Faites-le vous-même » (DIY), qui ne voudrait pas installer un générateur auto-alimenté pour faire fonctionner son lieu de travail ou son domicile ? Outre leur facilité d'utilisation et de construction, les générateurs auto-alimentés sont efficaces grâce à leur source d'énergie propre. De plus, l'installation complète est gratuite et peut fonctionner en continu.

Nous voulons dire qu'il ne nécessite pas de diesel pour fonctionner proprement. Il présente donc des risques quasi nuls pour les humains. D'un autre côté, la production d'électricité classique par essence émet des polluants souvent dangereux pour l'humanité. En considérant les sources d'énergie propre, nous incluons également l'énergie nanométrique. Outre une puissance de sortie presque similaire, l'énergie nanométrique assure également la sécurité de l'environnement énergétique dans le système d'habitation. Il y a encore plus à découvrir sur le générateur et l'énergie électronique. Si vous êtes intéressé par des connaissances approfondies, poursuivez votre lecture.

1. Qu'est-ce qu'un générateur auto-alimenté ?

Les générateurs auto-alimentés sont des dispositifs électriques qui fonctionnent en produisant une puissance de sortie électrique constante. Souvent, l'amplitude de la production de puissance de sortie dépasse l'alimentation d'entrée. Contrairement aux autres générateurs, il fonctionne selon le principe de la connexion d'un moteur électrique et d'un alternateur pour produire un courant électrique automatiquement, sans utiliser de carburant.

(Pièces d'un moteur électrique)

2. Comment fonctionnent les générateurs auto-alimentés

Trois éléments cruciaux résument le fonctionnement du générateur auto-alimenté : le moteur électrique, l'alternateur et le principe de fonctionnement (mentionné dans la définition).

Voici les étapes pratiques par lesquelles le générateur fonctionne :

• Premièrement, un moteur sans balais reçoit l'énergie de la batterie et l'énergie d'un contrôleur de vitesse électronique (ESC). Principalement, le moteur tourne entre 3000 et 5000 tr/min à vide.
• Ensuite, le moteur sans balais entraîne le moteur alternatif pour générer à la fois des formes de puissance DC et AC.
• Pour alimenter le moteur sans balais, la sortie de puissance DC subit une redressement et passe ensuite par une batterie à condensateur. Cette étape aide également à arrêter les fluctuations de tension qui apparaissent couramment du moteur alternatif et des variations de vitesse du moteur sans balais.

(Moteur alternatif et générateur)

• Quatrièmement, le système de contrôle du générateur contrôlera la tension d'entrée AC et DC ainsi que la charge du réseau électrique.
• L'écran LCD affichera alors le pourcentage de la batterie, le temps de fonctionnement et la tension. Les boutons ici définissent la tension et le temps de fonctionnement selon vos instructions.
• Vous pouvez également utiliser un commutateur automatique pour changer la tension de votre batterie récente vers une batterie à condensateur. Ensuite, vous rechargez la batterie qui n'est pas utilisée pour le moment.
• Enfin, une carte Arduino aidera à vérifier la température du moteur sans balais.

3. Comment fabriquer un générateur auto-alimenté

Généralement, différentes parties d'un générateur fonctionnent pour produire un effet global qui aide à faire fonctionner les machines. Certaines d'entre elles incluent :

Rotor

C'est la partie du moteur électrique qui aide au mouvement. Principalement, il le fait en utilisant ses conducteurs porteurs de courant pour interagir avec le stator, produisant finalement de l'énergie mécanique.

(Rotor d'un moteur DC)

Roulement

Il fournit un support mécanique au rotor pour qu'il reste sur un axe spécifique pendant la rotation. Ensuite, le roulement obtient un support stable du carter du moteur qui le maintient fermement en place.

(Image de roulements)

Stator

Il possède l'un des deux composants — un aimant permanent ou un aimant bobiné. Par conséquent, le ou les composants maintiennent un état stationnaire. De plus, le noyau a des lames qui sont de fines feuilles de métal.

(Démarreur d'alternateur)

Entrefer

C'est l'espace entre le stator et le rotor. À tout moment, l'espace d'entrefer doit être petit. Puisque des entrefers plus importants affectent négativement les performances du moteur.

Bobinages

Fait référence aux fils qui, sous forme de bobines, sont enroulés autour d'un noyau magnétique en fer. L'arrangement des bobinages aide à former des pôles magnétiques pour le passage des courants électriques.

(Bobinages dans une machine)

Collecteur

Le dernier composant, un collecteur, forme une partie cruciale du générateur. Sans lui, le moteur ne tournera pas. Il fonctionne en provoquant les inversions de courant puis en appliquant la puissance à la machine de manière optimale. Techniquement, c'est un mécanisme qui entraîne une commutation d'entrée des machines AC et DC. De plus, les machines DC et AC ont des segments de bagues de frottement avec des isolations entre eux. Sans oublier l'arbre du moteur électrique.

Les étapes de fabrication du générateur auto-alimenté sont les suivantes :

• Premièrement, vous utiliserez une poulie qui relie le rotor électrique et l'alternateur, contribuant ainsi au flux d'énergie mécanique du moteur électrique vers le générateur.

Note

Un rotor devrait avoir moins de watts. Moins il y a de watts, plus les chances de générer plus de puissance de sortie pour une utilisation externe sont élevées. Des watts plus élevés consomment la puissance de sortie du générateur, donc une faible puissance pour les utilités externes.

• Ensuite, connectez le rotor électrique à une batterie via un régulateur de puissance. La raison en est d'aider à réguler la vitesse du moteur. Vous pouvez même utiliser le régulateur qui actionne un bouton dans un ventilateur de plafond.
• Avec la batterie en place, vous pourrez démarrer le générateur. Cela permet au système de recevoir l'énergie initiale pour une accumulation progressive d'énergie dans le générateur.
• Quatrièmement, vous ferez une connexion de retour depuis la sortie du générateur électrique. Cela permet une production de retour grâce au moteur électrique via le régulateur (pour la régulation de la vitesse du moteur électrique).
• Plus tard, lorsque le système est complètement alimenté, vous pouvez retirer l'alimentation de démarrage initiale pour que le générateur continue de fonctionner par lui-même. Par conséquent, le produit final résulte en un générateur électrique produisant de l'énergie pour un moteur électrique tout en générant une puissance de sortie pour l'utilisation.

Résumé :

Puissance totale produite – Puissance utilisée par le rotor = Sortie nette

4. Autres projets connexes

Dans l'une de ses nombreuses contributions technologiques, Sir Howard Johnson a introduit une méthode consistant à réduire les factures d'électricité en ne faisant passer qu'une quantité minimale de tension à travers un système. Par la suite, on peut augmenter la tension en utilisant les alternateurs connectés.

Pratiquement, si vous faites passer une tension aussi basse que 10 V à travers un système, vous pouvez générer jusqu'à 14 000 V. En retour, il y a moins de factures d'électricité pour une construction facile.

5. Relation entre l'énergie nanométrique et le générateur auto-alimenté

Au fil des ans, il y a eu un besoin d'éliminer les problèmes d'approvisionnement en énergie non durable. Cela a été fait en trouvant différentes sources d'énergie comme substitut ou en innovant des batteries. Les technologues l'ont fait en utilisant des nanogénérateurs pour générer de l'énergie nanométrique. Ils le font en remplissant l'environnement énergétique avec de l'énergie récoltée de l'environnement. Par exemple, ils peuvent utiliser des gradients de température ou le rayonnement solaire.

Ensuite, ils convertiront l'énergie ambiante et chimique en énergie électrique par des effets notamment l'effet photoélectrique, piézoélectrique et triboélectrique. Ensuite, ils appliquent l'énergie nanométrique dans l'électronique portable la rendant auto-alimentée.

Les nanogénérateurs émettent de l'énergie comme un environnement de générateur auto-alimenté, ce qui est sûr pour les humains car ils n'utilisent pas de carburant. De plus, la configuration expérimentale en énergie nanométrique peut utiliser l'énergie de sortie directement (un peu comme un générateur auto-alimenté) ou indirectement par quelques étapes intermédiaires.

6. Détection de gaz auto-alimentée avec nanogénérateurs

Dans cette section, nous approfondirons les nanogénérateurs et leur importance dans l'électronique auto-alimentée.

Les réseaux de détection auto-alimentés devraient se développer dans les années à venir dans les industries technologiques mondiales. Par conséquent, le système auto-alimenté devrait être durable, avoir des connexions sans fil et être multifonctionnel. Ce sont trois caractéristiques pour faire fonctionner des dispositifs tels que l'électronique portable à faible consommation, l'électronique auto-alimentée et les capteurs actifs auto-alimentés.

Par conséquent, pour une production d'énergie nanométrique à grande échelle, il y a eu le développement de capteurs auto-alimentés qui dépendent de l'énergie environnementale. En d'autres termes, les sources d'énergie se feront par des technologies de récupération impliquant des unités de puissance, par exemple la cellule solaire. Les technologues utiliseront ensuite la cellule solaire aux côtés d'un nanodispositif spécifique. Notamment, tout cela doit être réalisé sans sources d'énergie externes ni batteries, élargissant ainsi la portée des nano-systèmes auto-alimentés.

(Utilisation de l'énergie solaire)

L'origine des nanogénérateurs

Cependant, au fil du temps, la configuration expérimentale du nano-système a rencontré quelques défis. Par exemple, l'énergie solaire était imprévisible et il y avait aussi un besoin de générateurs électromagnétiques lourds. De plus, les dispositifs thermoélectriques portables existants montraient une réduction de la compétence de conversion thermoélectrique. C'est à cause de la perte de chaleur parasitaire dans les substrats polymères à haute impédance thermique. Aussi, il y avait un mauvais contact thermique résultant d'interconnexions rigides.

Par conséquent, ces défis ont amené Zhong Lin Wang et son équipe à introduire un nanogénérateur piézoélectrique (PENG) en 2006. Le PENG fonctionne pour convertir l'énergie biomécanique environnementale en énergie électrique en utilisant des nanofils d'oxyde de zinc piézoélectrique (ZnO NWs).

Plus tard en 2012, l'équipe de Z.L. Wang a introduit un autre générateur, le nanogénérateur triboélectrique (TENG). Un générateur triboélectrique combine la conduction électrostatique avec la triboélectrification pour produire une sortie d'énergie plus élevée. Ensuite, il utilise des matériaux plus facilement disponibles. Le PENG et les nanogénérateurs triboélectriques sont des générateurs thermoélectriques qui n'utilisent pas d'alimentation supplémentaire.

Ces dernières années, Wang a utilisé l'équation de Maxwell pour expliquer la théorie fondamentale des nanogénérateurs (NG). Dans celle-ci, les NG peuvent convertir l'énergie mécanique en électricité. Mais encore, lors de l'analyse des signaux de sortie, vous pouvez également récupérer certaines informations sur l'entrée.

Généralement, il y a eu une amélioration et un progrès dans l'utilisation potentielle des systèmes de détection de gaz auto-alimentés basés sur les NG. D'où la nécessité de coupler constamment les propriétés piézoélectriques ou triboélectriques en raison de leur caractéristique de détection de gaz.

Système de détection de gaz auto-alimenté basé sur PENG

Z.L. Wang et l'équipe ont utilisé une pointe de microscope à force atomique conductive pour balayer verticalement les nanofils d'oxyde de zinc (ZnO) piézoélectriques afin de convertir l'énergie nanométrique en énergie électrique.

Le ZnO manque de symétrie centrale dans les structures de wurtzite, exhibant donc des propriétés piézoélectriques. De plus, il a une excellente propriété de détection de gaz et une grande énergie de liaison d'exciton. Ainsi, le ZnO peut être appliqué dans de nombreux domaines, surtout lors de la création d'une nouvelle génération de système de détection auto-alimenté.

Xinyu Xue et ses collègues ont travaillé sur un dispositif avec deux composants majeurs :

Premièrement, il y a une feuille de titane qui agit à la fois comme électrode conductrice (collectant les signaux de tension d'entrée et de sortie des ZnO NWs) et substrat pour les réseaux de ZnO NW. Ensuite, il y a une feuille d'aluminium flexible placée au-dessus des réseaux de ZnO NW.

Principe de base du TENG

Les propriétés triboélectriques dirigeant son fonctionnement impliquent le contact entre une induction électrostatique et une charge triboélectrique émettant ensuite des liaisons chimiques dans le processus. Ensuite, il y a le transfert de charges entre les interfaces pour équilibrer le potentiel électrochimique afin de produire des charges de sortie triboélectriques.

Jusqu'à présent, les nanogénérateurs triboélectriques sont applicables dans la construction d'applications portables auto-alimentées, telles que l'électronique portable auto-alimentée, les capteurs ultrasensibles, les dispositifs microélectromécaniques et les capteurs intelligents auto-alimentés.

(Électronique portable)

Dans le système d'habitation, un générateur thermoélectrique portable peut récolter l'énergie du corps humain par l'énergie thermique, l'énergie vibratoire et l'énergie mécanique. Ensuite, les technologues transforment l'énergie du corps en électricité.

7. Fonctions des générateurs auto-alimentés

Souvent, vous trouverez des générateurs en plein essor dans les secteurs de l'ingénierie tels que les machines-outils. Avec le moteur électrique dans un générateur auto-alimenté, il obtiendra un soutien supplémentaire en termes de puissance provenant de redresseurs, de batteries ou de courants continus et alternatifs.

8. FAQ pour les générateurs auto-alimentés

Quelles sont les précautions à prendre avant de fabriquer un générateur auto-alimenté ?

Lors du démarrage initial, vous pourriez avoir besoin d'une source d'énergie externe au cas où vous rencontreriez des pertes. Par exemple, si vous mettez 2 kW dans votre moteur expérimental, vous générerez environ 1,8 kW comme énergie de sortie. Souvent, vous perdrez de la puissance pendant le frottement, la résistance électrique et le ventilation. Et c'est là que la source externe intervient, pour compenser environ 0,4 kW.

Quelle est la différence entre les générateurs DC et AC ?

Un générateur DC génère une source robuste d'électricité à courant continu (DC) lorsqu'il commence à tourner en fonctionnement. Il utilise un collecteur pour assurer la production du courant continu. Au contraire, un générateur AC fonctionne pour produire un courant alternatif (AC) au lieu d'un courant continu. En d'autres termes, c'est un générateur DC sans collecteur. De plus, vous pourriez avoir besoin de diodes ou de circuits redresseurs pour convertir un AC en DC.

Comment exciter un générateur auto-alimenté ?

Dans des circonstances normales, les machines AC et DC fonctionnent comme générateurs ou moteurs selon les besoins. Mais avec ce type de générateur, vous obtiendrez l'excitation des batteries.

Conclusion

En somme, la production d'énergie n'a jamais été aussi facile. En utilisant un coût presque nul (autres que les ressources de démarrage) pour une production d'énergie efficace, nous sommes convaincus que le générateur auto-alimenté va inverser les défis énergétiques. Principalement, tout ce que la plupart des scientifiques et technologues devront faire est de saisir cette opportunité en or.

Si vous voulez en savoir plus, vous pouvez nous contacter.