Alternateurs bobinés et à aimants permanents

[Salade]

Bonjour,

Je suis à la recherche d'un petit générateur pour ma pico turbine hydroélectrique. Quand je dis petit, je devrais dire "pico" car la puissance recherchée est de l'ordre de 200 à 300 Watts.
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 et 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

[dB-)]

Bonjour,

en très petite puissance, il faut chasser la moindre perte, et le frottement du collecteur de 38 mm ci-dessus doit prendre quelques Watts au passage !

J'avais commencé par amusement un prototype de micro turbine il y a quelques années (turbine hélice prenant 2 l/s @ 1.5 m de chute, puissance brute 29 W ! et puissance électrique espérée environ 10 W soit de quoi envoyer un courant de 0.7 A pour maintenir chargée à 14 V une batterie plomb 12 V), projet inachevé faute de temps ...

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Comme générateur, j'avais prévu d'utiliser un petit moteur brushless, semblable à ceux que j'utilisais quand je faisais du modélisme :

MOTEUR ELECTRIQUE MHDFLY CT480 BRUSHLESS.jpg

Ces petits moteurs, d'une puissance surprenante pour leur taille, sont composés d'un rotor à aimants permanents et de trois bobinages, ce sont en fait des micro-moteurs synchrones triphasés, et en modélisme ils sont alimentés par un micro-variateur. On peut les utiliser en générateur, il suffit de relier les 3 fils à un pont redresseur triphasé et on obtient en sortie un courant continu quasiment lisse. Comme ils ne comportent pas de balais, leur rendement est excellent, ils sont de plus montés sur roulements à billes. Seule précaution sur une turbine, je pense qu'il faut beaucoup déclasser (prendre un moteur sur-dimensionné), pour qu'il ne tourne pas trop vite (prolongement de la durée de vie des roulements) et ne produise pas son courant nominal (pas trop d'échauffement).

Sinon, il est possible d'utiliser un petit moteur asynchrone triphasé de par exemple 500 W ...

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... et de remplacer son rotor en cage d'écureuil par un cylindre d'acier comportant des aimants permanents, un peu comme sur la rénovation de PMG dont j'avais parlé dans ce sujet

Cordialement

dB-)

[Salade]

Je vous remercie pour cette réponse qui amène bien d'autres questions.

En faisant le choix d'utiliser un moteur asynchrone triphasé, faut-il selon vous surclasser le moteur comme conseillé pour un moteur utilisé dans les applications de modélismes ?

En regardant les caractéristiques de moteurs asynchrones triphasés (par exemple), je remarque qu'en augmentant le nombre de pôle, la vitesse de rotation diminue tandis que le couple à pleine charge augmente. Cela me paraît logique mais me pose un problème concret quant au choix d'un modèle en fonction de son nombre de pôle.
Le construction propose en effet 2,4,6 ou 8 pôles pour un même modèle.
Je résume ce que le constructeur indique (ici) en fonction du nombre de pôle, pour un modèle de 0,250 kW :

Pôle / Vitesse de rotation (tr/min) / Couple pleine charge (N/m) / Couple démarrage / Poids (kg) / Référence

• 2 / 3000 / 0,93 / 3 / 4,4 / DMA2 63 G 2
• 4 / 1500 / 1,71 / 2,8 / 6,1 / DMA2 71 K 4
• 6 / 1000 / 2,61 / 2,6 / 6,5 / DMA2 71 G 6
• 8 / 750,0 / 3,44 / 2,5 / 9,0 / DMA2 80 G 6

Je fais fi des rendements indiqués car je ne comprends pas à quoi ils correspondent (donnés pour 100 % et 75 %)

Qu'est-ce qui oriente mon choix sachant que :

Le couple le plus faible en pleine charge (0,93 N/m) est assuré par un moteur 2 pôles (mais qui a un couple de démarrage plus important (3 N/m))
Le couple le plus faible au démarrage (2,5 N/m) est assuré par un moteur 8 pôles (mais qui a un couple en pleine charge plus important (3,44 N/m))
Je peux jouer sur la démultiplication pour gagner en couple si je m'oriente un 8 pôles (2400 => 750 tr/min)
Je dois acheter et installer 8,6,4 ou 2 aimants pour modifier le rotor.

Instinctivement je me dis qu'en usage génératrice, je devrais privilégier le plus petit couple en pleine charge au détriment du couple demandé au démarrage car celui s'applique lors de l'utilisation en tant que moteur.
Bref, il me manque des billes pour faire un choix adapté.

Concernant les moteurs de modélismes, c'est tout simplement bluffant !
Est-ce raisonnable et surtout durable dans le temps ?
Pour à peu près le même prix, j'ai trouvé le produit suivant :

• Tension nominale : 37 V
• Plage de tensions d'alimentation : 11,1 ... 44,4 V
• Régime à vide : 7400
• Tours/Volt : 200
• Consommation au rendement max. 20 ... 30 A
• Rendement le plus élevé : 88 %

Je vous remercie pour votre aide.

Cordialement,

Laurent

[dB-)]

Bonjour,

je pense qu'il faut sérieusement déclasser les petits moteurs "brushless" de modélisme pour les utiliser en générateur sur une micro turbine parce qu'ils sont vraiment très compacts, conçus à l'origine pour un usage intermittent, et qu'ils ne doivent pas trop chauffer sous peine de destruction des aimants : intuitivement (je n'ai pas d'expérience sur cette utilisation, c'était juste un projet), je les utiliserais par exemple à moitié de leur vitesse nominale, et moitié de puissance, en prévoyant un bon refroidissement.

Il existe aussi des petits moteurs brushless triphasés industriels (appelés moteurs synchrones à aimants permanents), plus proches d'une utilisation en micro hydroélectricité, avec par exemple un déclassement de 20% seulement, mais assez difficiles à trouver sur le marché.

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On peut aussi imaginer utiliser comme micro générateur un moteur pas à pas, comme ceux utilisés pour le positionnement de machines outils, mais je n'ai jamais testé ça, et la forme d'onde en sortie des bobinages (souvent deux bobinages à 90°) ne doit pas être formidable, avec probablement création de quantité d'harmoniques et obtention d'un "mauvais" courant redressé.

Pour un moteur triphasé asynchrone transformé en générateur triphasé synchrone par modification du rotor avec des aimants, j'essaierais pour commencer un déclassement de 20 % par exemple, et je prendrais le nombre de pôles qui donne une vitesse de rotation la plus proche possible de celle de la turbine, sachant qu'ensuite on redresse le courant donc ce n'est pas critique.

Bonne journée

dB-)

[fdelam]

Et aussi les brushless de machine à laver



ou de vélo électrique, mais qui sont des outrunners.

[dB-)]

Bonjour,

oui tout à fait, certaines machines à laver ont un entraînement direct du tambour (pas de courroie) par un moteur brushless multi-polaire, qui peut être utilisé comme un excellent PMG.

C'est le cas sur les turbines PowerSpout que je revendais il y a quelques années, voir ce sujet

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Bonne journée

dB-)

[Salade]

Bonjour,

Merci pour vos réponses constructives !
Je reste en stand-bye pour le moment concernant une évolution concrète de la turbine car je suis ne suis pas encore rentré de mon séjour Réunionnais mais cela ne na va pas tarder !
Pour résumer, l'évolution de mon installation, du point de vu de la génératrice pourrait se faire par l'utilisation d'un :

• moteur asynchrone modifié.
  • Avantages : moteurs commun, prix raisonnable, puissances et plages de rotations variées.
  • Inconvénients : je dois bidouiller la bête pour ajouter les aimants permanents.
• moteur synchrone à aimants permanents.
  • Avantages : tout bien ?
  • Inconvénients : difficile à trouver, certianement cher.
• moteur utilisé dans le modélisme.
  • Avantages : les moteurs se trouvent assez facilement, les prix sont raisonnables (ça peut vite devenir très cher).
  • Inconvénients : fragilité (surclasser d'au moins 50 %).

Je laisse de côté les moteurs de machine à laver brushless car cela me demanderait trop de modifications au niveau du bâti.

Ceci étant et avant d'acheter quoi que ce soit, je vais vérifier PRÉCISÉMENT les données relatives à mon installation, à savoir : le débit, la vitesse de rotation et le couple. Cela peut paraître con mais j'ai quand même mis longtemps à réaliser (à ne pas vouloir voir) que j'avais 33 % de perte de charge sur la conduite !!

Bref, concernant le débit et la vitesse de rotation, cela va être relativement simple (si vous avez un compte tours relativement fiable à me conseiller à l'achat) mais je m'interroge toujours sur le moyen à utiliser pour mesurer le moment du couple à une vitesse donnée, en l’occurrence 0,48 fois la vitesse à vide.
Je pourrais bricoler un frein de Prony mais je me demandais si il n'y avait pas un moyen moins "fumant" de mesurer le couple 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 !?

C'est finalement tout aussi fumant que le frein de Prony mais 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 ?

Cordialement,

Laurent

[moulino51]

Bonsoir Laurent,

Comme compte tour, j'en utilise un a visée laser (pastille adhésive réfléchissante) de chez RS.

Me permettais de coupler a la vitesse de synchronisme quand je n'avais pas encore d'automate.

Beaucoup moins cher aujourd’hui

Gé

[Salade]

Bonjour,

Je vous fais part de quelques résultats de recherche autour des moteurs utilisés en modélisme. Les spécifications sont tout simplement bluffantes, je vous laisse juger par vous même ...

Moteur de voiture :
Attention à l'échelle => Diamètre = 57 mm


http://www.brushlessmoteur.com/item/sky ... -p-78.html

• Nombre de tour/Volt : 540
• Puissance maximum: 5280 W
• Tension Max : 56 V
• Vitesse de rotation maximum: 30 000 tr/min
• Diamètre : 57 mm
• Longueur : 92 mm
• Poids : 1000 g
• Prix : ~ 100 E

Concernant le surclassement, pour obtenir 30 Volts, le nombre de tour serait théoriquement de 540 x 30 = 16 200. On est un peu en dessous des 50 % de la vitesse maximum. Cela impose cependant une multiplication de l'ordre de 7 au niveau des poulies (turbine à 2400 tr/min, donc 16200 / 2400 = 6,7) et là ça commence à faire une grosse poulie menante, on est presque au maxi de ce que l'on trouve au niveau de la grande distribution (10 à 72 dents pour le XL037) et on dépasse même les vitesse de rotation maximum préconisé pour le XL ...
Quant à la puissance, si on mise sur 250 W de production, cela représente environ 5 % de la puissance maximum (5280 W)

Moteur de drone :
Attention à l'échelle => Diamètre = 107 mm


http://www.rctigermotor.com/html/2016/E ... 6/306.html

• Nombre de tour/Volt : 90
• Diamètre : 107 mm
• Epaisseur : 37 mm
• Poids : 794 g
• Courant max continu : 50 A pendant 180 sec.
• Puissance max continu : 2500 W pendant 180 sec.
• Prix : ~ 300 E

Question surclassement, en misant sur 250 Watts de production, on est à 10% de la puissance maximum.
Concernant la vitesse de rotation je ne comprends pas à quoi correspond la colonne "prop" dans leur tableau en fin de page. Peut-être "property" mais de quoi ?!

C'est très tentant mais il y a quand même un "gap" difficile à franchir psychologiquement entre une bébête de 5 kg (moteur industriel) et ces moteurs qui semblent tellement fragile. Ceci étant, on note bien que les puissances annoncées le sont sur des lapses de temps très court.

Il existe également des moteurs refroidi par eau pour les versions marine !!

Voilà, il y aurait de quoi s'amuser

Je vous souhaite une excellente soirée.

Laurent

[dB-)]

Bonjour,

il faut prendre un petit moteur avec un rapport "nombre de tours / Volts" faible, c'est à dire un moteur lent (mais ils sont les plus coûteux).

Une vitesse de 16 200 tr/min , même en micro turbine, c'est beaucoup trop : pertes dans le multiplicateur, et très faible durée de vie.

Le moteur de drone est plus intéressant, la notation "prop" correspond à propeller ou hélice (plus le moteur a de couple, et plus il peut entraîner une hélice de grand diamètre) : avec 90 tours / Volts ça donne 2 700 tr/min pour 30 V, c'est déjà plus raisonnable pour une micro turbine.

Mais un petit moteur asynchrone triphasé industriel, de quelques centaines de Watt, modifié avec des aimants, semble être la meilleure solution.

dB-)