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 Utiliser un moteur en tant que génératrice

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hydroturbine



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MessageSujet: Utiliser un moteur en tant que génératrice   Mar 21 Juin 2016 - 11:07

Bonjour,

Je suis à la recherche d'une génératrice pour ma petite turbine hydroélectrique. Quand je dis petite, je devrais dire "pico" car je turbine 1 litre par seconde sous 40 m de chute ...
J'utilise aujourd'hui un moteur de machine à laver en tant que génératrice mais le rendement n'est pas très bon. Ce moteur équipait les machines à laver de marque Whirlpool (Philips ou Radiola). Le stator est composé de 2 aimants, le rotor, d’un diamètre de 62 mm possèdent 22 pôles. Le diamètre du collecteur est de 38 mm.
Voici ce qu’on peut lire sur la plaque constructeur :

22 V – 5 Amp – 75 W – 800 t/mn – 85%
200 V – 1.8 Amp – 200 W – 10 500 t/mn -15%

Aujourd'hui, j'arrive à produire 125 Watts (4,3 A sous 28,8 V à 2400 tr/min.)
Le tension à vide du moteur est de 70 V à 4800 tr/min (sans charge connectée)

Je pense que ce moteur est clairement surdimensionné pour mon usage mais il est robuste et il fait le boulot, de plus je n'ai pas trouvé mieux à ce jour.

Si vous avez des idées de moteurs qui pourraient être utilisés en tant que génératrice avec un rendement correct pour les plages suivantes :

Puissance : 200 à 250 Watts
Tension : 28 V à 36 V
Vitesse de rotation : 2400 tr/min.
Couple : 1,5 N/m
Type de courant : continu ou alternatif

Vos idées et vos remarques sont les bienvenues.

Merci,

Laurent
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Le Loup Blanc
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MessageSujet: Re: Utiliser un moteur en tant que génératrice   Mer 22 Juin 2016 - 23:49

Bonjour

Je ne penses effectivement, qu'un moteur de Machine à laver, conçu pour être piloté par une électronique, ne soit pas l'idéal , surtout étant utilisé "NU" en génératrice.

De ce que je déduits, tu peux faire tourner ce générateur à 2400 t/mn ..
Mais quel est ton besoin : recharger une batterie 24 v (au vu des tensions indiquées ..)

Mon premier réflexe serait d'utiliser un alternateur de camion (en 24v) destiné à la recharge de la batterie ... ou de voiture en 12 volts si tel est le cas ....

Mais pour analyser ton besoin, il faudrait déjà connaître ton environnement électrique dans lequel il va débiter.

quid aussi de la gestion de sa vitesse ......car tu parles de turbine ..... connais-tu son comportement en charge ?

cordialement

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hydroturbine



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MessageSujet: Re: Utiliser un moteur en tant que génératrice   Jeu 23 Juin 2016 - 8:35

Bonjour,

Tout d'abord merci pour votre réponse.

Je vais tenter de préciser la nature de ma démarche qui est à considérer comme "expérimentale".

Je possède un chalet d'alpage situé à 1500 mètres d'altitude qui se trouve en site isolé, entendons par là qu'il n'y a pas de réseau électrique à proximité.

Au tout début de l'aventure, limité financièrement par le coût des travaux de rénovation du chalet, je n'ai pas pu investir dans une installation solaire.
J'ai à ce moment la réalisé une petite turbine hydroélectrique avec les moyens du bord dans le but de recharger des batteries récupérées pour m'éclairer.

J'ai par la suite investi dans une installation photovoltaïque complète aux caractéristiques suivantes:

  • Tension système : 24 V.
  • Cellule photovoltaïque : 4 x 75 Watts (connectées en séries par deux, 24 V)
  • Régulateur : Stecca PR1515 (PWM)
  • Batterie : 12 x 2 Volts (280 Ah à C100 - OPzS Hoppecke)
  • Onduleur : 800 Watts nominal (1er grillé à au bout de 10 ans, changé depuis par un Victron de même puissance)
    (J'ai un doute concernant la capacité des batteries, il faudra que je vérifie)

Conjointement à cette installation, les batteries sont toujours rechargées par la turbine.

A vide, sans charge connectée (en roue libre donc) la roue tourne à 4800 tr/min.
La technologie utilisée étant celle de Pelton, le meilleur rendement est obtenu lorsque la vitesse de la turbine est égale à la moitié de la vitesse à vide (soit 2400 tr/min).

De manière concrète, voilà ce qui se passe aujourd'hui :

Entraîné par la roue, sans charge électrique connectée, on mesure 70 Volts aux bornes du moteur. En connectant une charge électrique, en l’occurrence un régulateur de charge MPPT, la génératrice débite, suivant l'état de charge des batteries, entre 3 et 4 ampères sous une tension variant entre 28 et 36 Volts, avec des vitesses de rotation variant environ entre 2000 et 4500 tr/min. Je n'ai pas d'enregistrement précis, les lectures sont faites à la volée via un ampèremètre, un voltmètre et une lampe stroboscopique.
Il se passe sensiblement la même chose lorsque je branche deux ampoules H4 de voiture (12 V) en série à la différence prêt que la vitesse de rotation est stable car le courant débité par la génératrice est toujours le même.

Concernant la gestion de la vitesse de la turbine, il n'y en a aucune aujourd'hui, ce qui sous-entends que la turbine s'emballe quand les batteries sont chargées. J'ai pensé à deux options pour contourner ce problème :

  1. j'investi dans un régulateur de charge hybride qui autorise le délestage (concrètement je chauffe une résistance quand les batteries sont chargées afin que la turbine soit toujours freinée)
  2. j'installe une vanne motorisée qui se ferme et s'ouvre en fonction d'un déclencheur (qui pourrait être la tension des batteries)

Je reviens à la question initiale qui pourrait désormais se décliner ainsi: quelle type de matériel pourrait être utilisé pour générer un courant de 8 A sous 30 V à 2400 tr/min ?
Les batteries étant relativement proche de la turbine (12 m filaire) et la tension de 24 V, un courant de type continu peut-être une option au regard des pertes de charge (à vérifier ?). L'option triphasé est également possible avec l'utilisation d'un pont redresseur triphasé.

Après recherche et discussions, les solution suivantes pourraient être envisagées :

  • Moteur brushless triphasés industriels (moteurs synchrones à aimants permanents) [liens]
  • Moteur asynchrone triphasé : en remplaçant le rotor en cage d'écureuil par un cylindre d'acier comportant des aimants permanents [liens]
  • Moteur utilisé dans les applications de modélisme [liens]

Le choix des modèles existants se ferait en surclassant de 20 % la vitesse et la puissance pour les moteurs industriels et d'au moins 50 % pour les moteurs utilisés en modélisme.

Je n'ai pas étudié la solution de l'alternateur de camion mais je vais me pencher sur la question, même si je crains que les puissances soient d'emblée trop importantes.

Je vous remercie de m'avoir lu et d'apporter un peu d'eau au moulin !

Laurent

PS : je ne peux pas ajouter de liens pointant vers la turbine en fonctionnement
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Le Loup Blanc
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MessageSujet: Re: Utiliser un moteur en tant que génératrice   Ven 24 Juin 2016 - 18:59

Bonjour

Je vois que tu as déjà bien "travaillé" le sujet ......

Et je vois que tu te poses les mêmes questions que ....  https://hydroturbine.info/generatrice-electrique/

Un moteur brusless triphasé pourrait certes convenir ... j'avoue mal les connaître.

Un moteur asynchrone bricolé avec un rotor muni d'aimants ..... Bonne chance pour optimiser leur position, surface, et entrefer de façon à avoir un bon rendement ... puisque c'est le but recherché ...
Et de plus, tournant à 2400 t/mn et surtout à 5000 t/mn, je te le déconseilles fortement pour des raisons de sécurité (mécanique)..

Les moteurs utilisés en modelisme ... je ne les connais pas .... Mais un moteur à courant continu, avec balais et aimants pourrait convenir ... si dans la gamme de vitesse .

J'en reviens à mon idée d'alternateur .. car celà me parait une machine fonctionnant dans une grande gamme de vitesse  ( 10 pour des moteurs à essence ).
Mais il faut utiliser un alternateur avec régulateur extérieur, pour ne pas l'utiliser ... et lui permettre un grand débattement de tension (lié à la vitesse) , dont l'énergie sera reprise par ton régulateur MPPT.

Un petit alternateur ce véhicule industriel en 24V est prévu pour 24V 55A en régime permanent ...

Dans ton cas, ta chute permet aux environs de 400 W hydraulique, qu'on peut ramener à 200 W mécanique sur l'arbre ...  
tu nous indiquait 3 à 4 A dans tes essais système ... environ 90W ..
je penses que tu peux espérer mieux

Perso, j'aurais testé avec un alternateur voiture 12 v ( gratis en récup) et une batterie 12 v , derrière ta turbine et créer des charges variables avec des lampes 12V.
A noter que tu peux avoir la vitesse de rotation soit par une mesure de la fréquence de l’alternateur, soit avec une petite géné continue que tu couples sur l'axe de la turbine.

Une petite doc sur les alternateurs 24V de Renault VI
http://bastien59.free.fr/mecanique/alternateur/MR-Alternateur-24V-V1.pdf


PS Effectivement, je crois que la configuration du forum  ne permets pas aux nouveaux membres de poster des liens ou des images ... ce n'est possible que après 1 semaine ... donc bientôt ...

Cordialement

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Sylvain50
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MessageSujet: Re: Utiliser un moteur en tant que génératrice   Dim 26 Juin 2016 - 22:25

Bonsoir,

Bravo pour avoir osé produire toi-même ton énergie électrique à partir de matériel de récupération.
Comme toi, j'ai essayé diverses configurations, et ce petit moteur à aimant de machine à laver est assez performant, vu sa conception non prévue à cet effet !
L'utilisation d'un alternateur de véhicule est est assez pénalisante lorsque l'on dispose que de très peux de puissance au niveau de la turbine, car il faut alimenter la roue polaire, est cette dernière est assez gourmande...
Il y a plus de 10 ans, j'ai démonté un alternateur 24V, j'ai supprimé l'enroulement de la roue polaire, et je l'ai remplacé par 2 gros aimants de HP collés l'un à l'autre, centrés via une bague en téflon sur l'arbre.
Le sens du flux N/S est celui de l'arbre, mais la forme des cornes polaires ramène les pôles N/S successifs perpendiculaire à l'axe.
Le flux engendré était inférieur à celui créé par l'enroulement, mais comme je ne pouvais sortie que quelques centaines de watts, j'ai opté pour augmenter la tension de sortie. Pour ce faire, j'ai mis en série les 3 conducteurs de chaque voie d'enroulement, il faut bien faire attention de ne pas endommager les vernis, au même endroit il va y avoir une différence de potentiel, mais cela se fait assez bien. J'ai refait les mises en séries avec du 2,5² rigide en le soudant aux enroulements, puis j'ai mis un coup d'anti-flash Diamond.
Dommage qu'à l'époque je n'avais pas d'appareil photo numérique.....

Mais on peut en reparler. Je crois que j'ai vu un jour un site sur cette modif de raccordement, mais je n'arrive pas à le retrouver....

Cordialement,

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hydroturbine



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MessageSujet: Re: Utiliser un moteur en tant que génératrice   Lun 27 Juin 2016 - 20:44

Bonsoir,

Je vous remercie pour vos réponses.

Loup Blanc a écrit:
Et je vois que tu te poses les mêmes questions que ....  https://hydroturbine.info/generatrice-electrique/

Etant l'auteur du site, je me pose effectivement les mêmes questions Razz
Hasard ou perspicacité ...

Concernant les alternateurs, j'ai déjà essayé un modèle optimisés à aimant permanent mais ce fût un échec, partiel. L'alternateur s'est laissé entraîner mais à rapidement calé la turbine sous le coup d'un couple excessif pour l'installation. Je dis partiel dans le sens ou l'alternateur essayé était un modèle optimisé pour générer 12 Volts à faible vitesse de rotation, donc pas du tout adapté à mon cas de figure. Il faudrait essayer avec un modèle plus adapté mais les essais deviennent vite onéreux  Evil or Very Mad

Quant aux alternateurs classiques utilisés dans le domaine automobile, qu'ils soient en 12V ou 24V, j'avais cru comprendre qu'ils devaient impérativement être alimentés pour produire, ce qui rends leur utilisation plutôt inadapté dans mon cas de figure (si j'arrive et que les batteries sont vides, je suis coincé)

Loup Blanc a écrit:
A noter que tu peux avoir la vitesse de rotation soit par une mesure de la fréquence de l’alternateur, soit avec une petite géné continue que tu couples sur l'axe de la turbine.

Là ça m'intéresse grandement, cela pourrait m'éviter l'achat d'un compte tours, sous réserve que la mise en oeuvre ne soit pas trop complexe.
J'en profite pour poser une autre question : je me demandais s'il y avait un moyen de mesurer le couple de la turbine en utilisant la génératrice actuellement installée en tant que moteur. Je m'explique :

  1. je déconnecte la génératrice de son système de charge.
  2. je fais tourner la turbine à vide.
  3. j'alimente la génératrice via une alimentation CC (j'utilise la génératrice en tant que moteur).
  4. j'augmente progressivement la tension pour freiner la turbine jusqu'à ce qu'elle atteigne sa vitesse idéale (je note U et I).
  5. pour le couple de démarrage, je monte la tension jusqu'à ce que la roue soit à l'arrêt.
  6. j'ai grillé mon moteur !?


Avec la tension et l'intensité mesurée je peux déduire la puissance (le rendement du moteur ainsi que celui du système poulie/courroie serait à prendre en considération). La démarche vous semble t-elle cohérente, pensez que c'est techniquement possible ?

Loup Blanc a écrit:
Dans ton cas, ta chute permet aux environs de 400 W hydraulique, qu'on peut ramener à 200 W mécanique sur l'arbre ...  

Si je comprends bien, tu estimes le rendement de la partie mécanique à 50 % ? (de 400 W à 200 W)
Tu inclus le rendement de la génératrice ? Car si on ajoute encore le rendement de la génératrice, on va frôler le néant !!

Sylvain50 a écrit:


Mais on peut en reparler. Je crois que j'ai vu un jour un site sur cette modif de raccordement, mais je n'arrive pas à le retrouver....

Oui, avec plaisir, ça m’intéresse également beaucoup car c'est une des solutions qui revient régulièrement chez les initiés.

Je garde à l'esprit la remarque de Loup Blanc concernant les problèmes de positionnement des aimants mais je dois dire que le challenge me plait pas mal d'autant que la base de départ existe, à un coût raisonnable, sous la forme de moteur industriel asynchrone légèrement surclassé (disons 0.25 kW à 1500 tr/min).

Le générateur synchrone à aimant permanent reste un mystère, je n'arrive pas à obtenir de référence précise de la part de ceux qui utilisent ce genre de matériel ...

Cordialement,

Laurent
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MessageSujet: Re: Utiliser un moteur en tant que génératrice   Lun 27 Juin 2016 - 22:54

Sylvain50 a écrit:
Bonsoir,
Il y a plus de 10 ans, j'ai démonté un alternateur 24V, j'ai supprimé l'enroulement de la roue polaire, et je l'ai remplacé par 2 gros aimants de HP collés l'un à l'autre, centrés via une bague en téflon sur l'arbre.
Le sens du flux N/S est celui de l'arbre, mais la forme des cornes polaires ramène les pôles N/S successifs perpendiculaire à l'axe.
Le flux engendré était inférieur à celui créé par l'enroulement, mais comme je ne pouvais sortie que quelques centaines de watts, j'ai opté pour augmenter la tension de sortie. Pour ce faire, j'ai mis en série les 3 conducteurs de chaque voie d'enroulement, il faut bien faire attention de ne pas endommager les vernis, au même endroit il va y avoir une différence de potentiel, mais cela se fait assez bien. J'ai refait les mises en séries avec du 2,5² rigide en le soudant aux enroulements, puis j'ai mis un coup d'anti-flash Diamond.
Dommage qu'à l'époque je n'avais pas d'appareil photo numérique.....
Mais on peut en reparler. Je crois que j'ai vu un jour un site sur cette modif de raccordement, mais je n'arrive pas à le retrouver....
Cordialement,

Bonjour Sylvain (et hydroturbine)
Si j'ai bien compris, tu as conservé le rotor, retiré le bobinage, et glissé des aimants calés .. Ainsi tu as conservé les pièces polaires, et surtout l'entrefer de l'alternateur.
Donc ruser sur la forme des aimants, et leur position pour avoir un max de flux là où il faut .... avec de plus des aimants performants.

Mettre les enroulements en série ne veut pas dire tripler la tension, ... mais la doubler .... technique des transfos TRI=> MONO avec enroulement en Z.

Mais pourquoi tout cela ???? pour éviter une puissance consommée dans l'excitation ????
Un alternateur devrait s'autoamorcer, et ne pas avoir besoin de source annexe ....
Le fait de mettre des aimants ne gène-t-il pas la mise en vitesse ou le démarrage, de par ces couples importants nécessaires qui vont saccader la mise en vitesse ... (contrairement au démarrage de l'alternateur avec tension à vide nulle, donc un courant d’excitation négligeable ..
Mais j'ai peut que nous ne soyons pas sur la même longueur d'onde .....

Un point de détail que je précises : je n'ai jamais penser utiliser un alternateur complet, avec son régulateur, pour recharger en direct la batterie .... ça ne marchera effectivement pas ce domaine de puissance et cette turbine.


Mon idée était de
- Récupérer un alternateur (gratos), si possible avec régulateur externe.
- Le faire fonctionner à priori nu, sans son régulateur avec seulement son pont de diode .... ce sera une simple machine synchrone, sa tension étant fonction de la vitesse et de ce que l'on cogitera ou non pour stabiliser un peu son excitation.
- et derrière, une régulateur MPPT qui va optimiser la puissance transférée vers les batteries depuis la turbine.

La gamme de vitesse de l'alternateur 1 à 5 ou même plus est cohérent pour se centrer sur la vitesse moyenne de la turbine.

A noter, qu'avec un alternateur 12 V, facile à trouver, et de puissance plus petite, on pourrait imaginer de mettre un auto-transfo afin de rehausser le triphasé issu de l'alternateur afin de le rendre cohérent avec le besoin du MPPT .
Et là, on peut faire un essai à partir de matériels GRATOS. On a pas besoin de MPPT pour ces essais ...

Cordialement

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MessageSujet: Re: Utiliser un moteur en tant que génératrice   Mar 28 Juin 2016 - 14:27

Bonjour,

LLB tu as bien résumé ce que j'ai fait.
J'ai oublié de préciser que cette alternateur était monté sur un micro centrale entrainée par une roue à aubes, donc très faible vitesse de rotation en entrée.
Un jeu de 2 arbres et poulies permettait d'avoir environ 1000 tr/min, d'ou la modification du cablage au stator.
Au démarrage, pas de soucis particulier, tout le temps que la tension de sortie était inférieure à celle des batteries, quand l'alternateur commençait à débiter, la vitesse se stabilisait doucement, il fallait ensuite jouer sur la vanne à crémaillère pour faire varier la puissance fournie....

En ce qui concerne ton idée, comment alimentes-tu la roue polaire, car même en auto-excité, cela consomme de la puissance active....
Par contre je n'avais jamais songé à y raccorder un auto-transfo, vu la variation de fréquences, de valeur bien supérieure à 50-60Hz.....

Cordialement,

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MessageSujet: Re: Utiliser un moteur en tant que génératrice   Mar 12 Juil 2016 - 12:42

Bonjour,

Merci pour vos explications.
Je vais me pencher sur les alternateurs de voiture et de camion.

Savez-vous ou je peux trouver ce type de moteur en France ?
http://www.anaheimautomation.com/products/brushless/brushless-motor-item.php?sID=150&pt=i&tID=96&cID=22

Merci,

Laurent
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MessageSujet: Re: Utiliser un moteur en tant que génératrice   Jeu 14 Juil 2016 - 22:23

Bonsoir,

Il est très difficile de trouver des moteurs brushless....
On trouve parfois des petits alternateurs à aimants permanents :
https://www.leboncoin.fr/bricolage/989902659.htm?ca=4_s


Ou des moteurs AXEM :
https://www.leboncoin.fr/equipements_industriels/978190936.htm?ca=4_s

Ou ce beau Brushless (un peu gros) :
https://www.leboncoin.fr/bricolage/457502176.htm?ca=4_s

Cordialement,

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MessageSujet: Re: Utiliser un moteur en tant que génératrice   Aujourd'hui à 13:23

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