Dynamo de vélo
Comment obtenir le plus de puissance
Dynamo
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La dynamo de vélo est également un générateur électrique. mais quelle puissance peut-elle fournir et peut-on en augmenter la puissance?

Les générateurs de motocyclettes et motos ont également une limitation de la puissance par l'emploi d'un entrefer important. Ce sont également des magnétos.

Ces magnétos ont un rendement moindre que les vrais alternateurs (avec stabilisation électronique de la tension), mais c'est suffisant pour les basses puissances. De plus, les fabricants économisent quelques centimes sur chaque magnéto!

Ces générateurs sont plus sûrs que les alternateurs: même cours-circuités la courant fourni est limité, ce qui fait qu'il ne faut même pas de fusible (allez, encore quelques centimes...)

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Une dynamo de vélo est conçue pour fournir 3W (6V, 0.5A). Dans la lampe avant il y a une ampoule de 2.4W et dans la lampe arrière une de 0.6W. La dynamo de vélo est construite de telle manière qu'il n'est pas possible d'en extraire plus de puissance, quel que soit ta vitesse. Le but recherché est que les ampoules ne pêtent pas dans la descente.

La dynamo de vélo fournit de l'alternatif, c'est en fait une magnéto (générateur aternatif à aimants permanents). C'est bon pour faire bruler une ampoule, mais la plupart des utilisateurs modernes demandent du continu (recharge d'un smartphone).

Pour faire du continu à partir de l'alternatif, il suffit d'un pont de diodes (pont de Graetz). En sortie nous avons du continu, mais avec une très forte ondulation. Un condensateur électrolytique de forte capacité réduit les ondulations, c'est la figure 1. La capacité doit être d'au moins 1000µF/16V. Il n'y a pas de limite quant à la valeur maximale de la capacité, mais la tension de fonctionnement doit être de 16V ou plus.

Chaque diode produit une chute de tension d'environ 0.72V pour un courant de 0.5A (diode standard 1N4005). Avec deux diodes en série, tu perds ainsi 1.44V, soit 25% de la tension. Même les diodes Schottky ont une chute de tension similaire (il n'y a pas beaucoup de différences avec un courant de 0.5A). Avec une charge normale (les même ampoules), on obtient une tension continue d'environ 5.5V (avec condenstateur).

La tension de 6V est la tension alternative effective, lors du redressement la tension monte à sa valeur de pointe qui est de 1.4× plus élevée quand il n'y a pas de charge. De plus, la dynamo fournit du 8V quand elle ne débite pas. La tension redressée et filtrée d'une dynamo qui ne débite pas est donc d'environ 12V.

Serait-il possible de recharger un smartphone via un cable USB (5V, 0.5A)? En théorie oui, mais pas en pratique. Dès que tu ralentis, la tension chute et la charge est interrompue. Il faut alors souvent déconnecter et reconnecter la source pour que la charge recommence.

Par contre, il est possible de charger un smartphone avec un pack d'accus NiMH (5 éléments d'une capacité de 2Ah, ce sont les accus de type AA bien connus). Avec une telle capacité, il est possible de recharger totalement le smartphone. La tension au repos est de 6V (et de 7.5V en fin de charge et de 5V quand l'accu est totalement déchargé).

La plupart des appareils branchés sur le cable USB peuvent accepter de telles variations de tension: il faut de toute façon une alimentation à commutation pour charger l'accu du smartphone, cette alimentation peut également absorber les variations de tension à l'entrée.

Pour recharger le pack, il faut pédaler pendant 5 heures à vitesse constante (une trotte d'une centaine de km, quoi): c'est plus interessant de recharger le pack à la maison. Par contre, avec un courant de charge si faible, il n'est pas possible de surcharger les accus!

Pour pouvoir alimenter des utilisateurs en 12V, il faut un doubleur de tension. Il s'agit par exemple d'un navigateur GPS dont l'accu n'a une autonomie que de deux heures. Il est possible de choisir deux types de branchements selon que tu as besoin d'un commun (négatif) ou pas. La plupart des dynamos ont le commun connecté à la masse du vélo, ainsi que les ampoules.

Le montage 2 est un doubleur de tension avec ligne commune et le montage 3 n'a pas de ligne commune entre l'entrée et la sortie, mais a un rendement un peu plus élevé. Ne faites pas attention au point violet pour l'instant. Dans le montage 3 le condensateur en sortie n'est pas nécessaire si les deux condensateurs électrolytiques branchés à la dynamo ont une valeur suffisamment élevée.


Mais ce que les gens ne savent pas, c'est qu'il est possible d'extraire plus de 3W d'une dynamo de bicyclette. la dynamo est notament bridée. Pour pouvoir fournir 3W à faible vitesse, la dynamo devrait en théorie pouvoir fournir 15W à vitesse normale. Il y a un truc pour produire plus de courant, mais la limite de 15W ne sera jamais atteinte.

Le principe est de réaliser un circuit accordé qui va augmenter la tension. Un exemple de circuit accordé (qu'on retrouve dans toutes les radios) est la figure 4. Au lieu de 6V alternatifs, tu obtiens par exemple 10V. La dynamo a un champ magnétique limité, le courant sera de toute façon limité, mais il est possible de jouer avec la tension.

Le bobinage de la dynamo forme la self et avec le condensateur on obtient un circuit accordé. La tension est captée en parallèle par rapport au circuit accordé (comme dans pratiquement toutes les applications dans l'électronique).

Comme il faut travailler avec des condensateurs de valeurs relativement élevées, il n'y a que les condenstateurs électrolytiques qui peuvent être utilisés. Il faut choisir un condensateur non-polarisé (il sont utilisés dans les unités de filtrage des enceintes accoustiques). Mais dans les applications qui sont montrées ici, les condensateurs ont une polarisation et on peut utiliser des électrolytiques ordinaires.

Capter la tension en parallèle sur le circuit accordé, c'est bon quand la charge a une haute impédance. Par contre quand la charge est à basse impédance, il faut réaliser un circuit série, c'est la figure 5.

Le schéma de principe 5 peut être adapté au montage 2 ou 3. Il faut choisir une valeur de capacité qui permette la tension la plus élevée à la vitesse nominale du vélo. Une valeur pour commencer est de 100µF pour le montage 2 et de deux fois 47µF pour le montage 3. A cause de la capacité de sortie très faible, il faut maintenant utilser un condensateur de sortie à valeur beaucoup plus élevée.

Le circuit est accordé sur une fréquence donnée et ne produira une tension plus élevée que pour une vitesse donnée. Avec un montage avec un simple condensateur parallèle la puissance sera plus élevée à une vitesse donnée, et plus faible à une vitesse plus élevée.

Le montage avec condensateur série est également un circuit accordé. L'avantage ici c'est que la tension ne chute pas trop aux vitesses élevées (mais chute très fort aux basses vitesses). Il faut choisir une valeur de compromis. Dans le meilleur des cas il est possible d'obtenir 50% de puissance en plus avec une dynamo de moyeu.

Il n'y a pas de grandes différences entre une dynamo classique et une dynamo de moyeu, sauf que la dynamo de moyeu produit continuellement du courant et a un rendement mécanique bien meilleur (moins de frainage). Qu'une dynamo classique produise du courant ou pas, elle freine autant quand elle est en contact avec la roue: c'est donc un système à éviter.

Mais si tu veux vraiment obtenir la puissance maximale, il faut utiliser un petit moteur/générateur (générateur à aimant permanent triphasé). Il suffit d'utiliser un redresseur triphasé. Un générateur de la même taille que ta dynamo peut fournir 15W.


Et quelle est la puissance qu'un cycliste peut produire au maximum (toute la puissance fournie étant convertie en électricité)? Un cycliste expérimenté peut produire une puissance de 100W, tandis qu'un sportif de haut niveau peut produire 400W pendant une trentaine de minutes.

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