Moteurs et génératrices asynchrones

[dB-)]

Bonjour,

il semble que vous avez déjà posé cette question sur un autre forum, à propos d'un groupe électrogène

Votre photo n'est pas passée, il est donc difficile de répondre précisément, mais il y a une solution toute simple : vous examinez votre transformateur.

Enlever les boulons et dépiler les tôles alternées en "E" et "I", ou en C pour un torique. Plus radical, un coup de tronçonneuse à disque ... Attention, Il ne faut pas (trop) abimer le bobinage.

Ensuite vous débobinez le fil de cuivre en comptant les spires : vous trouvez par exemple 1000 spires de fil fin, et 100 spires de fil plus gros, ça fait un rapport de 100 / 1000 = 0,1

Si votre transfo était alimenté en 380V AC eff au primaire, il délivrait alors 380 * 100 / 1000 = 38 V AC eff au secondaire.

Voir par exemple : http://www.f8crm.fr/comment%20re%20util ... ration.htm

Si tout est fait soigneusement, vous pouvez même re-bobiner le transfo avec du fil neuf, sinon vous en achetez un semblable (même rapport de transformation, et puissance égale ou supérieure)

Par contre, il peut être intéressant de trouver pour quelle raison le transformateur est détruit, sinon ça risque de recommencer !..

Meilleures salutations

dB-)

Photo prise sur le site http://poubelles.be/forum/viewtopic.php?id=1267

[Manu52]

Bonjour,

je dispose d'une turbine entraînant une dynamo 110V courant continu pour 5kW de puissance. 350 Tours par minute à l'axe principal. Je souhaite chauffer un ballon de chauffage équipé d'une résistance triphasé de 9kW. Je cherche donc une génératrice à installer. Auriez vous des pistes.

Merci.
Emmanuel

[dB-)]

Bonjour,

il y a plusieurs solutions (c'est dimanche, je prends quelques minutes pour faire chauffer le clavier !) :

1) Solution à 2 kW à Zéro Euro :

Vous avez très probablement un chauffe eau triphasé de 9 kW 240 / 415 V, constitué de 3 résistances prévues pour être alimentées chacune en 240 V (vérifiez quand même !)

Chauffe eau.JPG

Si cela est le cas, un tel chauffe eau peut être utilisé de 3 façons :

- en branchant les 3 résistances en parallèle sur un réseau monophasé 240V : schéma de gauche
- en branchant les 3 résistances en triangle sur un ancien réseau triphasé 240 V : schéma du centre
- en branchant les 3 résistances en étoile sur un réseau actuel triphasé 415 V : schéma de droite

Une résistance "travaille" indifféremment en alternatif ou continu : par exemple 240 V eff alternatif ou 240 V continu, mais sa puissance chauffante varie avec le carré de la tension d'alimentation : une résistance qui produit 3 kW sous 240 V produira donc 3 * (110 / 240)² = 630 W seulement sous 110V.

Vous pouvez donc alimenter votre chauffe eau à partir de votre dynamo 110V, en utilisant le schéma de câblage de gauche : la puissance de chauffage sera alors de 630 * 3 = 1890 W.

Attention, je parle uniquement des résistances, le chauffe eau comporte aussi un thermostat, qui peut être un ancien thermostat mécanique (sorte de bilame) ou un thermostat plus récent, électrique ou électronique, auquel cas il risque de ne pas apprécier du tout une alimentation en courant continu !

La solution se complique donc un peu, et nécessite de bien analyser votre chauffe eau et son thermostat, une solution étant :

- thermostat alimenté en 240 V alternatif. Le thermostat gère un contacteur qui alimente ou non les résistances de chauffage

- les résistances sont alimentées en 110 V continu

Si vous n'êtes pas familier de ce domaine, faites-vous absolument aider par un électricien !

Dans tous les cas, soignez le câblage, et protégez le circuit de courant continu contre l'humidité : avec l'humidité, le fil "+" s'oxyde beaucoup plus que le "-", il faut normalement utiliser des connecteurs étanches, du type de ceux utilisés en photovoltaïque (à la rigueur, connexions normales, mais dans des boîtiers étanches). Il faut aussi utiliser des protections (disjoncteurs magnéto thermiques) qui fonctionnent en courant continu.

2) Éventuellement, vous ajoutez un second chauffe eau semblable au premier, ou un thermo-plongeur triphasé 240 / 415 V, et vous arrivez à un total de 4 kW

3) Autre possibilité, voir s'il existe un thermo-plongeur d'environ 5 kW en 110 V pour remplacer celui de votre chauffe eau. Contactez éventuellement la société Vitelec :

http://www.resistanceschauffantes.com/index.htm

Autre possibilité : utiliser des résistances de chauffage de lave linge en 110V : exemple ici d'un thermo plongeur 1500W 110V Miele à 29 Euro :

http://www.sodipams.info/catalog/advanc ... d1&x=0&y=0

Remarque : D'après ce que vous m'avez dit au téléphone, la dynamo est en bon état et tourne à 1500 tr/mn, et vous l'utilisez actuellement pour de l'éclairage. Avec les 3 solutions ci-dessus , vous allez tirer plus de puissance de votre ancienne dynamo, et les charbons et le collecteur vont s'user plus rapidement qu'avant : usure mécanique due au frottement inchangée, mais plus d'usure électrique due aux micro étincelles.

4) La solution la plus rationnelle : remplacer votre dynamo 1500 tr/min 5 kW 110 V par un alternateur sans balais, 1500 tr/min, auto-régulé, 6 kW, triphasé 240 V / 415V, et remplacer votre résistance chauffante par un modèle 5 kW 240 / 415 V au lieu de 9 kW.

Vous pouvez alors garder le jeu de poulies / courroies actuel !

Exemples d'alternateurs environ 5 kW 1500 tr/mn sans balais :

- triphasé : MeccAlte Eco3-1SN/4 ou Leroy Somer LSA 37M5
- monophasé : Leroy Somer LSA 37.2 M6

5) Idem solution 4, mais avec un moteur industriel neuf ou d'occasion, type asynchrone triphasé 240V / 415V, 1500 tr/min, 6 kW, utilisé en génératrice en l'excitant par 3 condensateurs. Pour déterminer en gros la valeur des condensateurs, on fait le calcul suivant :

- puissance mécanique de 6 kW à l'arbre
- donc en gros 6 / 0.8 = 7.5 kW électriques absorbés (ici 0.8 est le rendement supposé du moteur)
- supposons un facteur de puissance de 0.85 (le famous cos Phi, donc un angle de déphasage Phi de 32°)
- on obtient une puissance apparente de 7500 / 0.85 = 8 800 VA
- soit encore une puissance totale réactive nécessaire de 8800 * sin(32°) = 4675 Var soit environ 1500 Var par condensateur.
- si on place les condensateurs en triangle, ils sont sous 415 V
- la puissance réactive d'un condensateur est Q = 3 * U² * C * 2 * Pi * F et on obtient C = Q / ( 3 * U² * 2 * Pi * F) = 1500 / ( 3 * 415² * 2 * 3.14 * 50) = 9 µF (micro Farad)

Virtual TI-92.JPG

Il faut donc 3 condensateurs pour courant alternatif, branchés en triangle, pour usage permanent (pas des condensateurs de démarrage), isolation mini 600 V, valeur 9 µF.

Autre possibilité : 3 condensateurs de 9 * (415/230)² = 30 µF branchés en étoile, isolation polypropylène, mini 350V, service continu : exemple ici :

http://radiospares-fr.rs-online.com/web ... 131#header

ou encore ici :

http://fr.farnell.com/genteq/97f8065/ca ... dp/1384476

Difficile d'aller plus dans le détail sans voir l'installation : configuration des lieux, type de chauffe eau, transmission, turbine, régulation, risque de sur vitesse, présence permanente d'une personne pendant l'utilisation ou volonté d'automatisme total, fixation et accouplement de l'alternateur ou de la génératrice, protection électrique, etc...

Cordialement

d.B-)

[PERRET]

Bonjour,

J'ai déjà parlé de moteurs dit "à économie d'énergie", sans autres précisions.

J'ai scanné quelques pages du catalogue d'un constructeur vous permettant de vous faire une opinion sur ce matériel.
Ce document, relativement ancien, est toujours d'actualité.

BBC-CEM - Economies d'énergie - 01.jpg

BBC-CEM - Economies d'énergie - 02.jpg

BBC-CEM - Economies d'énergie - 03.jpg

BBC-CEM - Economies d'énergie - 04.jpg

BBC-CEM - Economies d'énergie - 05.jpg

BBC-CEM - Economies d'énergie - 06.jpg

BBC-CEM - Economies d'énergie - 07.jpg

BBC-CEM - Economies d'énergie - 08.jpg

BBC-CEM - Economies d'énergie - 09.jpg

Pour comparer utilement, les caractéristiques de génératrices asynchrone.

Leroy Sommer - Génératrices - 1.jpg

Leroy Sommer - Génératrices - 2.JPG

Leroy Sommer - Génératrices - 3.JPG

Il suffit de regarder les caractéristiques de deux machines de puissance identique et de même nombre de pôles pour se faire une opinion.
La différence est encore plus importante si on compare avec une machine "standard"

Pour mon compte, bien que plus difficile à se procurer, il ne faut pas hésiter à acheter une génératrice (moteur) dite "à Économie d'Énergie" plutôt qu'un moteur de réemploi aux caractéristiques incertaines. Surtout s'il était prévu de fonctionner sous 380 V.
Et ne pas se poser de questions si la puissance est importante et le nombre d'heures de fonctionnement élevé. La différence de prix sera très rapidement amortie.

[Gilles21]

Bonsoir Perret
J'installe actuellement une petite francis horizontale d'une puissance max de 8 à 9 kw max.
J'avais abordé le sujet dans " transmission courroies trapézoïdales "et je pense installer une génératrice asynchrone 4 paires de pôles 750 t/mn d'une puissance de 11 kw.
Je pense acheter une géné Helmke, mais comme je ne suis pas un spécialiste moteur, j'aimerais savoir ce que vous en pensez, en tenant compte du fait que je ne cherche pas le rendement maximum car la production est destinée à l'autoconsommation.
Cordialement
Gilles21

[PERRET]

Bonsoir Gilles21

HELMKE, avec sa filiale française de Mulhouse, a réussi à se faire une place enviable dans le domaine des génératrices asynchrones.
Distribue essentiellement les marques SCHORCH, ABB, SIEMENS et du matériel ( de quelle provenance ? ) sous sa propre marque.
C'est un distributeur sérieux et compétent.
Je leur ai acheté plusieurs fois du matériel.

SERMES, à Strasbourg, distribue des moteurs fonte, IP55, à économie d'énergie, de la marque VEM, série W21R.

Si vous êtes sûr de la puissance de votre turbine, vous y trouverez un moteur fonte de 7,5 KW - 750 t/mn, à économie d'énergie ( environ 1300 € HT en B3 ) - avec délais - qui devrait parfaitement faire votre affaire, sachant qu'en génératrice, la puissance disponible aux bornes est sensiblement égale à puissance sur l'arbre en moteur divisée par le rendement. Sinon choisissez 11 KW (± 12 KW sur l'arbre)

Sauf erreur, pour ces puissances, on ne trouve plus de génératrices, on utilise des moteurs.

Toujours éviter de suréquiper !

Mais rien ne vous empêche de consulter d'autres fournisseurs ou d'utiliser un moteur "standard" et rester à 7,5 KW ( 9 KW sur l'arbre si rendement du moteur = 83 % )

[Ticapix]

Bonsoir

J'ai une question qui me "turlupine" depuis toujours :

En dehors de l'aspect constructif lié à l'emballement, existe-t-il une différence dans le bobinage entre un moteur asynchrone et une génératrice ?
La tension et la fréquence sont fixées par le réseau donc en moteur le rotor aura une vitesse de rotation > à la vitesse du rotation du champ tournant du stator et l'inverse en génératrice la différence étant lié au glissement .
La question est : est-ce que cette variation du glissement en sens inverse peut entrainer un problème ? sur excitation magnétique ?
Ou tout simplement un peu comme pour la différence entre un transformateur abaisseur vs élévateur, le rapport de bobinage Stator/rotor est-il un peu différent pour tenir compte de la différence par exemple de la marche à vide ou en charge ??

J'ai fait l'expérience avec les transfo il y a une différence un abaisseur 20 000/400 a une tension à vide de 440V au secondaire alors qu'un élévateur sera à 400V coté primaire .
Ainsi un abaisseur utilisé dans une centrale entraine une élévation de l'intensité de la génératrice qui se sature et surchauffe => pertes joules et diminution de la durée de vie. Cela n'est pas anodin par ex si on utilise une génératrice ancienne 380 V. Personnellement en adaptant la tension à 380V grâce au réglage sur le transfo la T° moyenne de la géné a baissé de 10°, si j'avais eu un abaisseur , la géné aurait peut-être grillé ?

Enfin je sais qu'un distributeur Belge http://www.focquet.be/fr alimente la source d'origine ?? dont parle M Perret dans son post et que ce distributeur achète ses produits en Chine. Ils arrivent vierge de plaques moteur et sont "plaqués" secondairement moteur ou géné selon la demande du client => Problème ou pas ?

Dans tous les cas ils sont compétitifs, un ami a cédé et pris une géné ou un moteur neuf ???? à 8000 € pour un 160 kw à 1000 t/min

Bonsoir

Thierry

[Gilles21]

Bonjour
Merci pour votre réponse.
Je possède déjà une géné Helmke de 15 kw, 2 paires de pôles, qui me donne entière satisfaction.
Quant à celle que j'envisage d'acheter ( quatre paires de pôles, 11kw , 400 V, cos phi 0.75, 87.5 % de rendement ) Helmke me la propose à 656 euros ht. Par contre je ne sais pas si je peux la demander munie de roulements à rouleaux.
J'avais eu des problèmes de roulements sur une géné synchrone Meccalte 13.5 kva et paradoxalement sur celui opposé à la poulie. ( durée de vie très courte de l'ordre de un an et demi en régime continu )
Cordialement
Gilles 21

[PERRET]

Bonjour Ticapix

La réponse est simple, de même que la solution.

Considérons une tension réseau de 400 V aux bornes du poste ERDF.

Un moteur, du fait de la chute de tension en ligne, sera alimenté, par exemple sous la tension de 388 volts à ses bornes (avec une chute de tension de 3 % depuis le poste ERDF)
Utilisé en génératrice, dans les mêmes conditions, ce n'est plus une chute de tension mais une élévation de tension que nous constaterons et cette fois, nous mesurerons une tension de 412 V à ses bornes.

Dans la pratique, ERDF, pour compenser ses pertes en ligne dans le réseau de distribution BT, règle la tension aux bornes de ses transfos à environ 410 Volts.

Tout simplement, dans cet exemple, si le bobinage en moteur a été optimisé pour une tension de 388 V ; sous la tension de 412 Volts l'induction des tôles va augmenter, et si les tôles sont calculées au plus juste ou ne sont pas d'excellente qualité, elles risquent de saturer. D'où échauffement et mauvais facteur de puissance.
Du fait de l'échauffement, le résistance ohmique du bobinage va augmenter, d'où pertes Joule plus élevées et chute du rendement. Effet cumulatif.
Du fait de l'utilisation en génératrice, la vitesse de rotation va augmenter ( par exemple de 970 à 1030 t/mn), le ventilation, proportionnelle au cube de la vitesse, sera meilleure (+ 19 %) et compensera un peu, toujours au prix d'une légère chute de rendement, les pertes par ventilation augmentant alors de 19 %.

Un remède simple, si on ne souhaite pas remplacer la génératrice, la rembobiner avec une nombre de spires plus élevé (± 5 à 10 %), éventuellement avec un fil de section plus faible (dépend du remplissage des encoches), en souhaitant que les tôles soient de bonne qualité.

Et éviter, comme je l'ai vu une fois, d'entourer la carcasse de la génératrice d'un tube de cuivre alimenté par l'eau de la rivière par un circulateur de chauffage central ! .
Il y a des solutions plus élégantes.

Ventilation génératrice BSH.jpg

Dans une machine électrique donnée - transfo - moteur - , ce qui limite la puissance c'est essentiellement :
1) L'induction (en gauss) qu'admettent les tôles utilisées, déterminé par le nombre d'ampères par tour du bobinage (A/t) et la section du fer.
2) L'échauffement tolérable du bobinage, déterminé essentiellement par la densité de courant dans le fil ( Ampères par mm2 de section ).

Si, sur un matériel existant, on ne peut pas modifier la qualité de tôles, il est parfois possible de modifier la ventilation pour améliorer le refroidissement à condition que la génératrice s'y prête.
C'est ce qui a été fait sur la photo.
De même il est parfois possible d'installer un ventilateur pour mieux refroidir un transformateur.

Quant à la tenue du rotor à l'emballement, qui dépend de sa structure, je ne me pose pas trop de questions. En effet nos machines tournent, sauf exception, au maximum à 1030 t/mn. En emballement, avec une Kaplan pales refermées, elles ne dépasserons pas 3000 t/mn. Cela peut poser problème si c'est un alternateur ou un ancien moteur avec rotor bobiné, mais pas avec les génératrices dont les barres en aluminium sont généralement coulées, souvent dans des encoches fermées. A vérifier en cas de doute. Naturellement un bon équilibrage dynamique est nécessaire, pas toujours réalisé sur les machines anciennes.

[PERRET]

Bonjour Gilles21.

Bien sûr, il faut la commander avec roulement à rouleaux côté poulie.
Il n'y a généralement pas de surcoût.
Mais comme souvent ce n'est pas en stock, il y aura probablement un délai de livraison.
Si urgence, on peut changer le roulement soit-même, mais je n'en vois pas l'intérêt.

Mais, pour nos petites installations, une machine 6 pôles (1000 t/mn) me semble l'optimum. Prix - rendement.
Mais à 750 t/mn, bien que plus chère, et , en principe avec un moins bon rendement, nous aurons une machine plus silencieuse et plus robuste.
Et une meilleure transmission si courroie. Toujours vérifier si le diamètre de la petite poulie est compatible avec la courroie envisagée.
Si multiplicateur, celui-ci sera plus silencieux et plus robuste. Peut éviter d'y avoir un train d'engrenages supplémentaire.

Sur votre géné synchrone Meccalte 13.5 kva, c'est probablement un accident ? ou un mauvais montage d'origine. A voir.