Construcció d'un alternador.

Construció d'un alternador

                                                          Imatge d'un alternador

Imatge d'un parell de rotors

                                                             Imatge d'un estator

Part 1. Rotor

El material d'aquest article és una traducció de l'original el títol del qual és "Wooden Low RPM Alternator”, preparat per la gent de otherpower.

Les proves inicials configurat en sèrie ens donen 12 volts a 120 RPM amb 6 amperes a 300. Configurat en paral·lel ens donen 12 volts a 240 RPM amb 12 amperes de càrrega a 350 RPM. A 500 RPM genera al voltant de 500 watts. En una segona oportunitat i per limitacions del nostre equip de prova actual els proporcionarem més detalls.

PECES NECESSÀRIES

• Un eix de ½” per 10” • Dos municioneres internes de ½” (Tracti que siguin de rodaments cònics) • 18 Imants excedents de *NdFeB • Fusta de ¾” • 2.5 Kg de filferro de bobina 18 AWG • Cargols d'1 ½” • Cargols de 3” • Resina epóxica • Resina per treballar fibra de vidre • 5 discos de fusta de 9” de diàmetre. En el centre dels discos de fusta de deu perforar un forat de ½”. Després han de ser laminats a l'eix per formar part de l'induït del generador. Per fixar aquest induït a l'eix li vam fer un estatge d'1/8”a l'eix a 4” del seu extrem. En el cant d'un dels discos trepem un forat del mateix diàmetre i en ell inserim un passador de 4” que impedís que aquest disc girés. Després col·locats dos discos a cada costat del trepat i ho encolem molt bé. Finalment els col·loquem sobre l'eix i els cargolem amb els cargols de 3”. En el nostre torn de metalls (Encara que en realitat es necessitava un de fusta) li vam fer l'acabat a l'induït per portar-ho a un diàmetre final de 8 3/4”. En el centre del cant de l'induït vam fer una canal de 3/16” de profunditat i de l'alt exacte dels imants (1.74”). En aquesta total vam tendir els imants alternat els seus pols. Aquests imants són obtenibles amb els seus pols N o S cap amunt o cap avall, de manera que es requereixen 9 de cada característica. Com els imants sobresortiran de la canal de l'induït el seu nou diàmetre arribarà a 9 ¼”. Els imants tenen un arc alguna cosa major que l'induït de manera que semblen petits accidents sobre la seva superfície. Això no és problema. Per espaiar els imants (Aproximadament 0.10”) emprem cargols “tirafons”. Com la seva forma és bisellada, en cargolar-los més profundament s'aconsegueix una distància major entre imant i imant. Prou tenir una mica de paciència per aconseguir una profunditat igual en tots els cargols, la qual cosa ens garantirà un espaiat uniforme dels imants. Finalment peguem els imants amb resina epòxica. Com a premsa emprem una corda que estrenyem en el seu nus amb una palanca. Quan la resina va començar a forjar retirem els cargols separadors i li vam donar a tot el conjunt una bona coberta de resina. Aquesta resina ho protegirà contra els elements. Una recomanació final: Dona-li diverses voltes de filferro d'acer inoxidable, que és antimagnètic, al conjunt d'imants, per assegurar que no es desprenguin del seu lloc quan aquest induït giri a altes RPM. Faci que els nusos del seu filferro no quedin en la corba dels seus imants, sinó en els espais buits entre imant a imant cuidant que aquests no arribin a tocar-se. Si ho creu convenient, fabriqui espaiadors d'algun material no magnètic i resistent (Poden ser tascons de plàstic) i encunyi'ls entre els imants per assegurar-se que no es desplacen lateralment fins a tocar-se.
Part 2. Estator

L'estator es fabrica sobre un disc de fusta de ¾”. El seu cercle intern té un radi de 5”, la qual cosa deixa espai per a les bobines i l'induït. Els imants sobresurten aproximadament 1/8”. Si les bobines tenen un espessor de 3/8” ens quedarà un espai buit prou útil. Aquest espai ha de ser molt reduït, ja que no tenim un nucli metàl·lic en aquest estator.

Les làmines de fusta de l'estator han estat tallades individualment i encolades i cargolades amb cargols d'1 ½”. Cada part està feta amb tres làmines per obtenir un espessor total de 2 ¼”. L'eix es recolza en suports construïts també de fusta de ¾”. En ells vam fer forats d'1 ½” per col·locar les municioneres. Les municioneres tenen un diàmetre a l'eix de ½” i el seu diàmetre extern és d'1.6”. Com els forats en la fusta només són d'1 ½” el seu ajust és atapeït. S'haurà d'usar una premsa per inserir-les degudament recobertes amb resina epòxica. Ha d'anar amb compte amb aquest pas perquè les municioneres quedin a plom i per tant l'eix quedi horitzontal. Per fabricar les bobines construïm un senzill aparell que es mostra en la fotografia. Té una manovella en un costat i un enrollador en l'altre. Com a eix usem un cargol llarg i el enrollador ho subjectem amb una rosca. En acabar amb una bobina es retira la rosca de manera de retirar la tapa del enrollador i lliscar la bobina cap a fora. Les 18 bobines són de 50 voltes de filferro AWG 18. Mesuren 2 ¾” x 1 ½” i el forat central és d'1 ½”. Aquestes grandàries són alguna cosa intuïtius. En retirar les bobines del bobinador, col·loqui'ls una cinta adhesiva temporalment perquè no es desfacin i doblegui'ls lleument les seves terminals. Han de ser manejades acuradament en pegar-les a les làmines de l'estator. En la fotografia que segueix vam mostrar les parts de l'alternador llestes per ser armades. El primer pas en fixar les bobines és col·locar-les degudament espaiades en el seu lloc (Han de ser equidistants) i fixar-les lleument amb cola ràpida. El segon pas consisteix a cobrir-les amb bastant resina i o paper encerat per premsar-les en el seu lloc. Nosaltres usem una formaleta que fabriquem per a això. Aquesta formaleta la premsem en el seu lloc i espessor (Diàmetre) exacte perquè l'induït càpiga com volem. En assecar-se la resina retirem la formaleta retirem la premsa, formaleta i paper encerat i descobrim que tot va resultar com desitjàvem. Vostè pot emplenar els centres de les bobines amb una barreja de magnetita i resina. Per aconseguir magnetita, arrossegament un imant lligat a una corda pel sòl. La pols que s'adhereixi a l'imant és magnetita. Aquest compost incrementarà el flux magnètic dels imants i també la capacitat de generació de l'alternador. L'avantatge d'usar un nucli d'aire (El nostre cas), és que no hi ha traba de cap tipus sinó quan l'alternador comença a carregar. Aquesta traba és inevitable, encara que indesitjable, en tots els alternadors de nucli metàl·lic i especialment en màquina de vent. Després de col·locar les bobines i armar el conjunt només queda escatar-ho i polir-ho. La resina fa que l'alternador quedi a prova d'aigua. Ha d'emprar-se sense miraments de cap espècie. En cap fotografia es poden veure els tascons que li col·loquem a les bases que ens serveixen de guia de manera que poden ser col·locades ràpida i exactament allà on desitgem col·locar el nostre alternador, bé sigui en una màquina de vent o en una petita cascada.

Part 3. Resultats

Per fabricar la base armem tot el conjunt de manera que no hi hagués fricció i ho fixem amb cola ràpida. Això ens va permetre fer-li forats en els quals anirien els tascons de guia que ja esmentem. Finalment col·loquem els cargols de 3”. Gens ha de vibrar ni moure's en el conjunt acabat.

Per començar la nostra primera configuració del cablejat va ser en sèries de nou imants. Aquestes bobines han d'alternar-se en l'adreça que s'han bobinatge. Si això li sembla difícil d'entendre el sistema de prova i error no falla. En fer el seu cablejat, giri lentament a mà l'induït i mesuri el voltatge obtingut en una bobina i observi que a mesura que passa a la següent el voltatge augmenta amb cada bobina cablejada en sèrie. En concloure el cablejat de totes les bobines ens queda l'opció d'unir les dues meitats en sèrie o paral·lel per igualar la càrrega que obtenim al mínim de velocitat de gir. L'alternador no cap en el nostre torn, de manera que les proves van ser bastant limitades. Vam haver d'usar un trepant que té un mandril de ½”. Llegint la freqüència podem mesurar la velocitat de gir. Quan les dues meitats de l'estator van ser connectades en sèrie vam obtenir 12 volts a 120 RPM i a 300 RPM generem 6 amperes a la bateria. En connectar l'estator en paral·lel vam obtenir 12 volts a 240 RPM i a 350 RPM vam obtenir 10 amperes. La nostra limitació va ser el talador de mà que usem. La fotografia que antecedeix ens mostra la sortida en l'oscil·loscopi i ens va interessar veure-la a causa de la proximitat entre els imants i la forma de l'induït. Noti's que parlem de corrent altern a la sortida de l'alternador. Per carregar bateries aquest corrent ha de ser rectificada a corrent directe. Per fer aquesta rectificació ha d'emprar-se un rectificador de pont, que és un senzill arranjament de 6 díodes. Solament amb l'ànim d'experimentar li vaig endollar el meu equip de so. Est és un conjunt de reproductor de CD endollat al seu torn a un preamplificador Fisher de tubs i aquest al seu torn a un amplificador de potència Dynaco també de tubs. La suma del consum d'aquest equip ronda 300 varis. Doncs bé, l'alternador els va posar a funcionar amb l'impuls del trepant. Si pensem que el trepant consumeix 3.5 amperes no podem negar que va haver-hi una transferència de força bastant eficient. Per concloure: el projecte ens va prendre dos dies a completar. Els imants costen al voltant de US$ 100 i altres US$ 30 en filferro. No serà mala idea construir les bases de ferro per situar les municioneres a causa de la seva major resistència. Aquest alternador serà útil en una aplicació que aprofiti una caiguda d'aigua. No creiem que sigui fàcil ni convenient posar-li aspes i deixar-ho anar al vent.