Alternateurs bobinés et à aimants permanents

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TOURNEUR

Alternateurs bobinés et à aimants permanents

Message par TOURNEUR »

Bonjour tout le monde !

Tout d'abord merci pour la création de ce site !

Bon voilà ,je suis câbleur de métier, et mon père a fait l'acquisition d'un moulin en total ruine .
Après de très gros travaux ,de couverture ,maçonnerie ,aménagement exterieur et interieur, le gros oeuvre quoi !

Je me suis par la suite attelé a son aménagement élèctrique particulier ,pourvu d'un futur automate et d'un systeme de securité ,qui inibera toute presence de secteur (prise et commande d'eclairage) et de pouvoir disposer de lumiere d'eclairage en total securité .

Pour toute la partie alimentation et protection j'ai pour ma part bien avançé ,bien qu'il reste encore du travail .

Mais comme un projet pareil ,ne s'arrete pas là , mon père à installé une roue en remplacement d'une ancienne totalement cassée et irréparable.

C'est une roue fonctionnant par le débit d'un petit canal ,d'une armature en chêne et moyeu en acier.
-Le diametre est de 4m sur 1.30m de large pour un axe entraînant de 110mm .
-Le poids est conséquant ,presque 1t !
Et le respect des montage mécanique peu respecté (linearité, concentricité ) ,palier d'origine bronze , pas de rodage ....

En bref j'évalue son rendement mécanique à 20%

Le canal quand a lui ,est alimenté par deux pale plongeante de 600mm l'une a cote de l'autre d'une ouverture de 1300mm au maximum .
-a 13% d'ouverture j'obtient un debit de 1m3
-a 26% d'ouverture 2m3
-au delà je n'ai pas fais de test ,car l'aventure demeure risqué ,a 26% d'ouverture ,j'ai estimé que çelà devenait dangereux, de par la conception de la roue et surtout par la resistance des paliers a soutenir une telle puissance!

Bon bien sûr on est loin des centrale hydroélectrique, a haut rendement capable de fournir 600kw/h , mais créér sa propre élèctricité a fait son petit chemin, et le projet fort intérressant et un rêve de gosse pour mon père .

Je tiens a preciser que mon père aujourd'hui a la retraite est maçon et couvreur de metier ,et l'ouvrage de la roue à été suivis de sa personne de A a Z ,sans aide de personne ni aucune competance en matier de fabrication de roue .

Il nous est tout naturellement venu a l'esprit d'alimenter ce moulin par sa propre génération hydroélectrique .

Actuellement sur le secteur triphasé ,j'aimerais pouvoir ,me servir de cette nouvelle source d'énergie, qui serait la clotûre de se projet.

Bien sûr compte tenu du rendement faible ,et du faible débit il est hors de question de faire de la distribution publique.
En revanche ,nous cherchons a nous auto-produire tout en inhnibant de réseau EDF.
Pour une puissance de 20kvA maximum (et celà suffira très bien ).

Pour l'accouplement mécanique ,je songe a transmission par courroie en paralelle ,de type industrielle ,afin de repartir le couple et une certaine sécurité.

Pour la mise en marche sachez ,que les deux vanne faisant varier le débit sont manuelle et non hydraulique ,donc réglée en ouverture l'entrainement hydraulique restera fixe.

En matière de sécurité a l'embalement et autre avaries ,j'ai en idée une plateforme a verin qui purgé desaccouplera les courroie et donc l'alternateur .Mais cela reste une idée bien sûr !
Un deuxième solution pourrais être un embrayage ,mais j'ai peu de compétence a ce niveau donc ,a voir ...

Reste une chose qui pour l'instant reste un casse tête ,pour moi , la régulation en tension et frequence.
En effet ne m'auto-regulant pas par le reseau EDF ,je dois realiser moi -même la regulation de la tension et par la même occasion la frequence, ce qui pour moi reste un projet extremement complexe .

Pour l'instant je prévois ,une regulation par mise en charge resistive ,mais je suis inquiet par le nombre de resistance que je vais devoir disposer pour realiser une telle regulation .

Voilà ,j'aimerais savoir si quelqu'un a déjà realisé une insttalation similaire ou proche, ou aurait des renseignement a m'apporter sur ce type de regulation ,voire une solution electrique ou mecanique ,plus fonctionnelle .

Merçi beaucoup pour votre reponses !

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Re: Reguler la charge d'un generateur synchrone a vitesse fixe

Message par Admin »

Bonjour,

il y a beaucoup de solutions possibles pour la transmission, la génératrice, et la régulation. Chaque solution a ses fervents défenseurs, ou ses opposants, et "chacun voit midi à sa porte".

Si vous souhaitez réaliser vous même une production non reliée au réseau (ex. roue 20 tr/mn, 20 kW, 1000 m.daN), le plus simple à mon avis est :

- placer en bout d'arbre de roue un accouplement à plateaux, avec flasques à plots ou membrane élastique, qui va autoriser de légers décalages radiaux, axiaux et angulaires. Ex. accouplement Flender-Siemens Elpex 510, Neupex 400, Rupex 400, ou autre de récupération ou fait maison.

- placer ensuite un multiplicateur industriel cartérisé (réducteur réversible), type Flender ou autre, à engrenages hélicoïdaux pour limiter le bruit, bridé sur un solide socle en béton qui doit résister au couple de rupture de l'accouplement. Vous avez apparemment de la puissance en trop, essayez de faire travailler la roue un peu plus vite, quitte à perdre en rendement, votre multiplicateur sera moins coûteux. Ex. réducteur coaxial Siemens-Flender série D taille 128 (ça fait déjà mal au niveau prix ...).

- un alternateur triphasé 230 / 400 V, 1500 tr/mn, sans balais, du type auto excité et régulé (Leroy Somer, Mecc Alte, Fujian Filo Power, Fuan Nolate Electric, etc..), légèrement sur-dimensionné pour ne pas s'emballer en charge, qui va vous fournir une tension stable à quelques % près, de façon relativement indépendante des variations de vitesse et de charge (par contre la fréquence sera proportionnelle à la vitesse).

La vitesse de l'ensemble va augmenter si le débit d'eau augmente ou si la consommation électrique diminue, et diminuer dans le cas contraire.

- soit vous régulez une des deux arrivées d'eau : mesure de fréquence de l'alternateur avec une entrée rapide sur un nano automate (Crouzet Millenium, Télémécanique Zelio, Siemens Logo, ou même IMO iSmart) et gestion de la vanne par un vérin électrique, ou un moto-réducteur sur la commande à crémaillère, ou un vérin hydraulique avec mini-centrale hydraulique. La gestion peut se faire en PID, ou plus simplement par de petites impulsions périodiques, ou autre.

- soit vous chargez l'alternateur en gérant un ballast (convecteurs low cost) : mesure de fréquence idem ci-dessus, nano automate, et gestion du ballast par gradins avec des contacteurs, ou en continu par un gradateur à découpage de phase ou à trains d'ondes.

- soit les deux si vous êtes en quête du Nirvanà : gestion lente de la vitesse via le vannage, gestion rapide via le ballast.

- possibilité aussi de surveiller la vitesse de l'alternateur au lieu de la fréquence du courant, comme ça vous pouvez éviter un emballement même en cas de problème électrique.

A priori, c'est "assez simple", mais il faut quand même quelques notions ! Je placerai en ligne quelques schémas dès que j'aurai un peu de temps !

Bon W.E.

dB-)
didier Beaume, DBH Sarl, 33 Les Chênes, 88340 Le Val d'Ajol
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TOURNEUR

Re: Reguler la charge d'un generateur synchrone a vitesse fixe

Message par TOURNEUR »

Et bien merci de votre réponse rapide !

Le fait de gérer lentement par l'ouverture des vannes hydrauliquement est en cours de discussion ,il s'avère que mon père serait assez chaud pour realiser cette partie mecanique !
A moi de realiser la mini centrale hydraulique !

Pour la gestion par resistance tampon cela m'est la premiere idée venue ,a l'aide de radiateur simple cela devrais le faire .
mais mon probleme reside dans la quantité de radiateur (de resistance ) dont je vais devoir disposer car c'est du triphasé .

Pensez vous que si je peux gerer l'ouverture de la vanne + l'adjonction de resistance tampon ,cela me permettrait de disposer de moins de resistance tampons pour reguler la charge ?

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Re: Reguler la charge d'un generateur synchrone a vitesse fixe

Message par Admin »

Oui,

l'idéal est de gérer les 2, le ballast et la vanne.

Mais il faut aussi soigner la façon dont vous allez utiliser cette électricité : si vous fractionnez bien la charge, avec par exemple un cumulus de chauffage d'eau sanitaire de 3 kW triphasé, un radiateur électrique à accumulation 5 kW, plusieurs convecteurs, plusieurs circuits d'éclairage (intérieur variable, éclairage extérieur sur horloge), etc..., tous appareils qui auront des fonctionnements aléatoires, la régulation n'en sera que plus facile, et le ballast plus petit.

Une partie des équipements peut d'ailleurs être utilisée comme ballast : exemple, vous avez un plancher ou un mur électrique chauffant, arrêté par le thermostat d'ambiance. Rien n'empêche de by-passer ce thermostat par un contacteur géré par l'automate, et l'alimenter pour quelques dizaines de secondes pour réguler la charge, le temps d'agir sur la vanne. Cela ne se sentira pas au niveau du confort.

Votre ballast va aussi dépendre de l'inertie mécanique de votre ensemble, et de la rapidité de votre commande de vannage.

Vous pouvez apprécier l'inertie en réalisant un démarrage à vide : le temps de démarrage peut varier de quelques secondes à quelques dizaines de secondes, selon la puissance de la roue, et tout le Binz qu'elle doit entraîner.

Si le temps de gestion de vanne est du même ordre que le temps d'accélération de la roue, vous pouvez vous contenter d'un petit ballast, mais il faudra soigner la régulation, personnellement je conseille un PID, avec possibilité d'ajuster les 3 paramètres pendant les premières heures de fonctionnement :
  • - P : proportionnel , l'action sur la vanne sera d'autant plus grande que l'écart de vitesse sera grand
  • - I : intégral : il y aura une action sur la vanne tant qu'il y aura un écart de vitesse, même minime
  • - D : dérivé : l'action sur la vanne sera plus forte si la vitesse varie rapidement
En général, le facteur I intervient peu. En augmentant les facteurs P et le D, vous allez rendre votre régulation plus rapide et nerveuse. En les augmentant trop, vous allez créer une instabilité (variations de vitesses périodiques).

Enfin, s'il faut vraiment évacuer des kW en trop, vous pouvez utiliser par exemple 5 kW de convecteurs low cost (on trouve des 1 kW à 25 €), à condition d'avoir un local abrité et bien aéré, ou des thermo-plongeurs (Vitelec) placés dans la paroi d'un ballon d'eau de quelques m3, ou encore utiliser un réchauffeur de piscine : il existe des modèles allant jusqu'à 18 kW triphasé, pour environ 600 € : c'est plus compact que les radiateurs, mais il faut soigner l'installation : prise d'eau avec filtre, éventuellement une pompe, réchauffeur placé en partie basse, évacuation. Globalement, vous ne réchauffez pas la rivière, car l'utilisation de son énergie l'avait au départ refroidie.

Un dernier truc : vérifiez si vous avez réellement besoin de 20 kW, cela semble beaucoup pour une maison (voir le sujet http://dbhsarl.eu/forum/viewtopic.php?f=5&t=9 ). Si vous pouvez vous contenter de moins (isolation, etc...) votre installation sera moins coûteuse au niveau du multiplicateur et de l'alternateur.

dB-)
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TOURNEUR

Re: Reguler la charge d'un generateur synchrone a vitesse fixe

Message par TOURNEUR »

oui effectivement 20kw c'est beaucoup !

Après lecture du compteur actuel, 8kw est la puissance reele que l'on aurait besoin au grand maximum ,sachant que ce moulin n'est pas habité et ne le sera pas, celà reste une "garçonniere" .

En ce qui concerne les different consommateurs ,malheuresement ,et pourtant je voulais le faire ,le chauffage est entierement hydraulique ,c'est une chaudiere au bois qui ce charge de cela .

Il etait prevu de remplacer les radiateur hydraulique par des electrique ,si effectivement mon père m'aurait fait confiance au depart ,malheureusement trop de monde on semé leur " petit grain de sel " de soi disant connaisseur ,et on mis mon travail a l'eau ,resultat j'ai du me contenté de laissé tomber les convecteur electrique.

Resultat ,maintenant que tout le monde et parti ,et que l'on c'est relançé dans ce projet , j'en aurais bien besoin ! Merci pour certains !
J'ai du de même me contenter de faire fonctionner un cumulus de 2kw monophasé ,ce qui ne m'arrange pas non plus !

Alors voilà ,je ne sais pas si cela aura un fort impact sur le fonctionnement de l'alternateur !

Hormis ce gros consommateur ,il y a une vanne tri de 1cv environ ,de l'eclairage aquatique ,et deux ou trois machines telle qu'une machine a laver ,mais cette derniere ne le sera peut-être pas presente .

Il n'y a pas de sollicitation gourmande en soi .

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Re: Reguler la charge d'un generateur synchrone a vitesse fixe

Message par Admin »

Bonsoir,

vous pouvez laisser votre chauffage central à eau chaude, avec sa chaudière bois et le circulateur, ça reste un bon investissement (pensez à l'antigel si la maison est inoccupée l'hiver !).

"Il suffit" d'insérer en plus, en série dans le circuit d'eau, et par exemple avant la chaudière, soit un ballon qui sera réchauffé à sa base avec un thermo-plongeur (exemple : Vitelec triphasé, bouchon laiton M77 * 2 en tri 400V, les puissances disponibles vont de 6 kW à 35 kW), soit un réchauffeur type piscine comme indiqué plus haut.

Pour le cumulus, il peut rester en monophasé 2 kW sur une des phases de l'alternateur. Si besoin, il est peut-être possible de remplacer sa résistance chauffante par une triphasée.

Quand vous câblerez votre tableau de répartition, il faudra essayer d'équilibrer grosso modo les charges des 3 phases (cumulus, lave linge, éventuel convecteur d'appoint, circuit prises, circuit éclairage). Un déséquilibre modéré reste bien sûr possible et inévitable.

En ce qui concerne l'alimentation de moteurs : à la louche, un alternateur tri accepte la plupart du temps un courant de surcharge de l'ordre de 3 fois le courant nominal, pendant une dizaine de secondes. Donc ici, absolument aucun problème avec un moteur d'1 CV.

dB-)
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TOURNEUR

Re: Reguler la charge d'un generateur synchrone a vitesse fixe

Message par TOURNEUR »

Merci pour ses infos ,j'en prend note !

Pour le ballon d'eau chaude ,celà pourrait être enviseageble, ma fois ,au tout depart mon père ,voulait remplacer la chaudiere a bois par une unique resistance electrique qui fairait office de chaudiere ,et ne plus utiliser le bois .
J'ai preferé une solution additive plutôt que remplacante .

Quand au cumulus ,c'est vrai que c'est plutôt embêtant ,j'aurais dû prevoir la possibilité de le cabler en triphasé ,il faut que je penche la dessus !

Le tableau est actuellement terminé ,et il sera difficile de le modifier ,car prevu pour être alimenté sur secteur EDF.
Il y aura une autre armoire destinée a l'alimentation par la centrale hydroelectrique, elle prendra en charge l'armoire EDF sous la condition que le reseau edf soit nul par des moyen electronique .

Au niveau gestion cela ne devrais pas poser de probleme ,mais il est vrai que je n'ai pas appliqué une insttalation typiquement prevue pour une centrale hydroelectrique car ayant abandonné le projet un an plutôt a force d'être remis en question par beaucoup d'intervenant qui on pas mal semé la pagaille !

J'ai donc bien compris la situation dans la quelle je suis et les modif qu'il faudrait y apporter ,reste a le realiser ,et cela risque d'etre complexe de modifier certaine chose.


Merci beaucoup pour vos infos precieuse !

meilavern
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choix de l'alternateur

Message par meilavern »

Bonjour,

Je suis en train de remettre en service l'installation hydroéléctrique du moulin que j'habite (Finistère). La partie mécanique et hydraulique est prête. Il me reste l'achat de l'alternateur et je me perds dans les données techniques.

Je l'ai installée en 1980, avec un alternateur 20 kva, 220-280v, auto-exité, auto-régulé, 1500 t/mn. Elle m'a servi pendant 10 ans (chauffage et éclairage domestiques) puis j'ai quitté la région 15 ans, pendant lesquels elle n'a pas tourné. Je reviens en retraite et m'occupe de la remettre en route. Tout se présente bien (après quelques mois de rénovation des parties mécaniques et hydrauliques) sauf que je n'ai plus d'alternateur et ne sais par quel bout m'y prendre pour le choisir.

Voici ce qui est en place : turbine Francis sur 5 m. de chute, 290 l/s. , 290 t/mn. , 18 cv - 12 kw (chiffres de l'installateur). Elle ne donne 10 kwh maxi.
L'habitation est raccordée à EDF en monophasé. Je vais tirer des cables de la génératrice pour des convecteurs et l'éclairage.

Quel type d'alternateur choisir ?
Je vois chez Leroy-Sommer du monophasé 2 pôles - 3000 t - 12 ou 16 kva ; du monophasé 4 pôles - 1500 t -10 kva ; du triphasé 4 poles - 1500 t - 13 ou 17 kva.
Chez Nood Fujian un ''alternateur 10 kw sans brosse''.
D'occasion : un Unelec Alsthom 220 v - triphasé - 1500 t - 12 kva : 600 euros ; un Leroy-Sommer 220/380 v - 1500t - 10 kva : 700 euros.

Merci de votre éclairage.
Moulin de Launay 29180 Guengat, turbine Françis bâche spirale 18 cv, 290 l/s sous 5 m, alternateur 15 kva

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dB-)
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Re: choix de l'alternateur

Message par dB-) »

Bonjour,

une fois de plus, chacun verra ici midi à sa porte !

Si vous souhaitez un alternateur, qui permet un fonctionnement autonome, même en l'absence de secteur (monophasé dans votre cas) je verrais bien la solution "classique" suivante :

a) un modèle 1500 tr/mn car :
- c'est standard, pas beaucoup plus cher qu'un 3000 tr/mn, et un peu plus silencieux
- vous pouvez passer facilement de 290 à 1500 tr/mn en un seul jeu de poulies
- avec par exemple des poulies striées (au moins la petite) et une courroie plate striée type PolyV Hutchinson ou VSX Texrope
- ou à défaut des poulies à plusieurs gorges trapézoïdales profil B et 2 ou 3 courroies étroites à flancs nus XPB

b) monté sur un berceau coulissant avec sa vis de réglage, c'est beaucoup plus pratique que deux glissières pour changer les courroies (qui dureront 3 ans dans le meilleur des cas)

c) achetez aussi un petit peson à 30 € pour le réglage de la tension des courroies (flèche en milieu du brin de tant de mm, sous une charge donnée), c'est plus simple que de les régler en vibration (je publierai bientôt une astuce pour régler facilement les courroies en vibration) : une bonne tension de courroie, c'est ni trop mou (patinage et usure des courroies) ni trop tendu (fatigue des paliers).

d) prenez par exemple un alternateur triphasé 240 / 400 V que vous câblez en étoile, en sortant le neutre : c'est standard, et vous aurez ainsi du 400 V triphasé (on ne sait jamais, ça peut vous servir un jour), et trois lignes monophasé 240 V : vous équilibrez vos circuits de chauffage et éclairage sur les 3 phases.

e) vous le prenez par exemple en 17 kVA, mieux vaut un peu trop gros que trop petit (surtout avec le déclassement pour service continu).

f) vous vérifiez que la sur-vitesse tolérable est compatible avec la vitesse à vide de votre turbine (exemple : turbine à 290 tr/mn en charge donne environ 550 tr/mn à vide, soit 2800 tr/mn pour l'alternateur). Ceci dit, les constructeurs sont prudents, et j'ai vu quelques emballements plus importants, sans conséquences pour l'alternateur, lors de mise au point de programmes de régulation !

g) prenez un alternateur sans balais (brushless in English) : aucune pièce d'usure, à part les roulements.

h) avec une régulation électronique de tension (les régulations simples régulent sur une phase, qu'il faut choisir comme étant celle la plus chargée, et les régulateurs plus élaborés régulent sur les 3 phases) : actuellement, la tension est régulée à quelques % près, de 90 à 125 % de la vitesse de rotation, et presque indépendamment de la charge. La régulation simple est la plupart du temps largement suffisante.

i) choisissez un alternateur à double roulements (certains n'ont pas de roulement coté arbre, ils sont guidés par le multiplicateur ou autre), éventuellement des roulements renforcés, si possible avec graisseurs (mais les roulements seront de toute façon probablement à changer tous les 4 ou 5 ans). (La durée de vie estimée des roulements peut se retrouver en fonction de la vitesse, tension des courroies, etc..)

j) évitez les modèles d'alternateur, et surtout de multiplicateurs, prévus pour groupe électrogène portatifs ou agricoles : ils sont prévus pour tourner juste quelques heures par semaine et ne tiennent absolument pas en service continu !

k) la fréquence du courant produit sera proportionnelle à la vitesse de rotation de la turbine, il est assez facile de réguler l'ouverture de turbine soit par un ou deux capteurs inductifs placés en face d'un des rayons de la grande poulie (capteurs avec électronique intégrée, un en seuil bas, l'autre en seuil haut), soit par un seul capteur sans seuil, relié à une entrée rapide de nano automate, soit encore plus simple, entrer directement le courant produit sur une entrée rapide (l'automate mesure directement le 50 Hz). Chaque solution a ses avantages et inconvénients. En sophistiquant à peine, l'automate peut détecter un patinage de courroie, ou une rupture, et fermer alors l'admission (au lieu de l'ouvrir).

l) Prévoyez évidemment la mise à la terre des parties métalliques, et un disjoncteur magnéto thermique de protection de l'alternateur; plus différentiel pour la protection des personnes. Un capteur de fumée ou de température placé au plafond, au dessus de l'installation, n'est pas superflus, au cas où une poulie se desserre, ou si une courroie patine, ou autre problème ... Avec une dizaine de kW qui poussent derrière, on a vite fait de déclencher un incendie !

Un exemple chez Mecc Alte : alternateur ECO 28-1L/4 forme B3-B14 (environ 1600 € neuf)
Un exemple chez Leroy Somer : alternateur LSA 40 S4
Ou encore chez MArelli : alternateur MJB 160 SA4

Ci-dessous un Mecc Alte Eco 28-1L4 et un Eco 32
250620103262.JPG
Une fois de plus, d'autres solutions sont possibles, celle-ci n'est qu'une suggestion très classique !

Il y a aussi la solution plus récente, avec alternateur basse vitesse à aimants permanents, qui évite la multiplication de vitesse. Je pense qu'elle est plus coûteuse, car encore peu répandue. Eventuellement, un modèle à très faible impédance de stator pourrait même se passer d'électronique en sortie (pas de régulation de tension, ni de conversion de fréquence !) : il suffit de réguler la vitesse, comme ci-dessus, surtout si c'est juste pour de l'éclairage et du chauffage !

dB-)
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Ticapix

Re: choix de l'alternateur

Message par Ticapix »

Bonsoir,

Tout d'abord il faut rester à la même vitesse qui est si j'ai bien compris de 1500 t donc 4 pôles

Ensuite on peut aussi se poser la question, Alternateur ou génératrice asynchrone ?
DB dans un autre post a décrit les différentes possibilités +/- réglementaires de se brancher avec une machine asynchrone?. Cette solution a l'avantage de la simplicité, de la stabilité du courant et éventuellement le compteur qui tourne à l'envers..........

En revanche si c'est pour palier éventuellement à une coupure EDF, le bon choix c'est l'alternateur.

Cordialement

Th. G

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