Moteurs et génératrices asynchrones

[moulino51]

Bonsoir a tous,

"fabj"a dis qu'il installerait une machine Asynchrone , cette machine ne produira rien en cas de coupure de réseau, car c'est le réseau qui lui fourni l'exitation.

Sauf si la machine Asynchrone est équipée de condensateurs, elle se comportera comme un alternateur et la c'est autre chose, il faudra une protection de découplage.

Bien cordialement

Gérard

[PERRET]

En cas de couplage sur le réseau,
Si on souhaite être 'clin', toujours prévoir la protection de découplage, type à définir en fonction de la puissance. Maintenant disponible à prix possible.
Beaucoup de petites installations fonctionnent sans.

Si, pour une raison X ou Y on souhaite ne pas renvoyer d'énergie active sur le réseau EDF, il faut prévoir un relai directionnel de puissance active qui, soit actionnera la régulation de la turbine pour la fermer ou, s'il n'y a pas de régulation, branchera automatiquement des résistances (radiateurs électriques par exemple) sur l'installation.
Dans nos installations, ne jamais brancher directement aux bornes d'une génératrice asynchrone une batterie de condensateurs, même et surtout si raccordement au réseau.
En effet, si vous avez une panne dans votre installation (contacteur de puissance collé, automatisme, protection de découplage mal réglée ou déficiente, etc.), la tension aux bornes de la génératrice, surtout si la charge est faible, peut prendre une valeur très élevée et dangereuse.
Résultat : Claquage des condensateurs (vu 2 fois - et ça fait du bruit ! ), destruction du matériel sensible aux surtensions.
Avec couplage au réseau, risque de renvoyer, si ce dernier est peu chargé, une tension sur le réseau de distribution lors d'une coupure EDF.

La solution alternateur, pour de petites puissances, n'est, de façon générale, pas à conseiller. Sauf cas particulier : par exemple : site isolé, absence de réseau triphasé à proximité ou convenance personnelle.
L'utilisation d'un alternateur, si raccordement réseau, nécessite de pouvoir régler finement la vitesse de la turbine pour assurer le couplage à l'aide d'un synchro-coupleur - couteux.

Régulation Georgin 2.JPG

Il est également possible, comme jadis, d'assurer un couplage manuel. Mais à chaque micro coupure réseau, il faudra relancer la turbine et assurer manuellement le couplage au synchronisme.
En réseau autonome, si les alternateurs actuels sont auto-régulés en tension, il faut néanmoins un bon automatisme pour pouvoir ajuster facilement la fréquence, donc la vitesse de la turbine, surtout pour le couplage. Et éventuellement une batterie pour ouvrir l'admission d'eau de la turbine à l'arrêt. S'il y a des charges inductives, il faut, si possible, gérer le facteur de puissance. Pas très simple tout ça !

Dans les années 70 Leroy-Sommer avait développé un système, appelé Génalteur, utilisant une génératrice asynchrone, des condensateurs et des résistance de charge commandées par triac. Ce système, compliqué et source d'ennuis, a été très rapidement abandonné

[Gilles21]

Bonjour C Perret
"Si on ne souhaite pas renvoyer de courant sur le secteur"
Quel système permet de détecter l'envoi d'énergie vers le réseau qui permette d'activer le relais de délestage vers des résistances ballast ?
Didier avait abordé le sujet et pensait le développer ultérieurement.
Je pense que ça interessera beaucoup de monde
Gilles 21

[dB-)]

Bonsoir,

je mets un pied dans la porte ...

Détecter le sens de transit d'énergie électrique est très simple : on peut raisonner sur une phase, en triphasé c'est pareil (je ne tiens pas compte des systèmes déséquilibrés, ni du facteur de puissance)

Détection sens.JPG

Vous avez à gauche un générateur de courant alternatif, délivrant à un instant la tension u1. Sa résistance interne est R1. C'est par exemple le secteur.
Vous avez à droite un générateur de courant alternatif, délivrant à un instant la tension u2. Sa résistance interne est R2. C'est par exemple un alternateur.

Ils travaillent à la même fréquence, les valeurs de u1 et u2 sont semblables (mais pas identiques), et ils sont à peu près en phase (sinon, il se passe d'autres choses ...)

Quand vous les connectez, vous avez à cet instant une tension instantanée commune u, et un courant qui circule d'intensité instantanée i.

Tout simplement (*), en considérant le sens des flèches du dessin :

- si i > 0 quand u > 0, ou i < 0 quand u < 0, c'est à dire si u et i sont de même signe, alors l'énergie circule de gauche à droite
- si i < 0 quand u > 0, ou i > 0 quand u < 0, c'est à dire si u et i sont de signes opposés, alors l'énergie circule de droite à gauche

(*) si on fouille un peu plus, tout se complique : déséquilibre de phases, déphasage, harmoniques, ... mais le raisonnement de base reste.

Daltons.JPG

Le problème n'est pas de faire un détecteur, j'en ai déjà construit quelques uns : il faut par exemple un transformateur d'intensité (une quinzaine d'euros), ou un capteur à effet Hall (quelques euros) ou même une simple résistance shunt (1 euro), quelques résistances, diodes, condensateurs, et optocoupleurs, et enfin un microcontrôleur, par exemple MicroChip 12Fxxx ou 16Fxxx avec de préférence son programme : coût en composants de l'ordre de 25 euros.

Ce que j'évoquais dans mon sujet précédent, c'est la réalisation d'un lot d'une cinquantaine ou centaine de ces détecteurs, ou de modules de dialogue avec les compteurs électroniques, associés à d'autres fonctions utiles, et destinés à la petite hydroélectricité.

• - il n'y a aucune difficulté technique
  - il faut juste choisir les fonctions utiles, et éliminer celles qui sont superflues, rester pragmatique
  - réaliser quelque chose d'industriel, qui résiste aux erreurs de manipulation, aux parasites, qui soit robuste
  - qui ne déclenche pas un incendie suite à un coup de foudre par exemple ...
  - avec un boitier, des borniers, un éventuel encapsulage résine
  - qui soit conforme aux normes
  - facile à câbler et utiliser
  - assez performant pour assurer le fonctionnement global de l'installation dans les marges très étroites du futur compteur Linky
  - qui reste à un coût raisonnable
  - au bas mot cent à trois cents heures à y passer, entre la lecture des textes officiels, la CAO, la graveuse, l'assembleur et le fer à souder ...
  - il faut que l'appareil soit strictement dans la légalité, pour pouvoir être vendu officiellement sans m'apporter ensuite une ribambelle d'ennuis
  - c'est là le problème : on gagne 100 euros sur un module, et après on ferme la boutique suite à un litige juridique quelconque ...
  - incendie, blessure, violation de copyright, non respect d'un texte de loi, etc...
  - autre possibilité, la vente sous le manteau, mais je ne suis pas trop attiré par cette pratique ...
  - dernière possibilité : la mise en ligne de toutes les informations pour réaliser cela ! à suivre

Remarque : les détecteurs de sens de transition d'énergie, ou détecteurs 4 quadrants, existent tout faits. Ça doit être la fonction 32P du code ANSI. Certains sont très coûteux et donc inadaptés aux très petites installations hydroélectriques : exemple, gamme Sepam de Schneider Electric. D'autres sont plus abordables :

• - gamme de multi-afficheurs (format 96 * 96 mm) Enerdis de Chauvin Arnoux, avec les nouveaux modules Enerium 4 quadrants
  - indicateur de tableau Shark 100 de MicroEner

Autre remarque : comme déjà mentionné, le futur compteur Linky détectera très bien toutes les tentatives d'injection de courant, autant donc les éviter dès maintenant !

Rappel ! Certains "anciens" compteurs électroniques ERDF pouvaient déjà mesurer les puissances active et réactive dans les 4 quadrants, comme le Trimaran ou ceux mentionnés l'année dernière dans ce sujet du forum : http://dbhsarl.eu/forum/viewtopic.php?f=5&t=77

Compteur Trimaran.JPG

Encore une remarque : normalement l'utilisateur aura accès à la liaison numérique d'informations du compteur Linky : comme ce compteur est très performant (voir sujet http://dbhsarl.eu/forum/viewtopic.php?f=5&t=231 du 29 novembre 2010), et mesure les énergies active et réactive dans les 4 quadrants, on pourra tout à fait utiliser les propres informations du compteur pour piloter son installation, et rester à tout moment dans la légalité.

Dernière remarque : pour ceux qui préfèrent la mécanique à l'électronique, encore une solution : vous dénichez dans une brocante un ancien compteur électrique à disque, et vous l'installez sur la partie privée de votre installation électrique. Soit en triphasé si compteur tri, soit sur une des trois phases si compteur mono. Vous enlevez la vitre, et vous collez un petit levier sur le disque ! Quand ça consomme le levier par d'un coté et actionne un petit contact basse tension sensible. Quand ça produit, le levier part de l'autre coté et actionne un autre contact ! vous faites suivre d'un petit module relais temporisé, pour éliminer les faux contacts, et obtenir un signal propre et puissant, qui pourra commander la suite.

Ancien compteur à disque.jpg

Concernant les problèmes de responsabilité, je rappelle le sujet suivant : http://dbhsarl.eu/forum/viewtopic.php?f=6&t=127

Cordialement

dB-)

[Gilles21]

Aïe aïe aïe , ça me rappelle les cauchemars qui avaient noms " Thevenin, Norton, Kirchoff "
Quand je disais :
Didier avait abordé le sujet et pensait le développer ultérieurement.
je ne voulais pas vous forcer la main.
Mais vous avez raison Didier, peut être vaut il mieux attendre" Linky " et exploiter les données qu'il voudra bien nous fournir.
Cordialement
Gilles 21

[Admin]

Bonjour,

je viens de refaire rapidement (*) le schéma d'un petit montage expérimental que j'avais réalisé il y a deux ans, et qui permet de détecter le sens de transfert d'énergie en monophasé ou triphasé :

(*) de mémoire, erreurs possibles.

Green box.JPG

Ce petit montage comporte à gauche 3 bornes d'entrée, de haut en bas :

• - mesure de tension de la phase 2 par rapport à la phase 1
  - entrée du courant de la phase 1
  - sortie du courant de la phase 1 et référence de tension de la phase 1

Il comporte à droite deux bornes de sortie, reliées à un contact sec interne (libre de potentiel) :

• - contact fermé quand l'habitation absorbe de l'énergie
  - contact ouvert quand l'habitation injecte de l'énergie sur le secteur

Il est auto-alimenté, et permet de détecter si un moteur asynchrone en sur-vitesse ne va pas produire plus que la propre consommation du logement, ce qui entraînerait une injection de courant sur le réseau non souhaitée.

Il supporte directement des moteurs triphasés absorbant jusqu'à environ 5 Aeff sur une phase, c'est à dire en gros 3 kW en 400 V.

Il peut aussi gérer des moteurs plus puissants, à condition de passer par un transformateur d'intensité, par exemple un TI 25 / 5 pour un moteur tri 400V de 15 kW.

Je dois avoir dans un coin de tout mon bazar les prototypes de ce module, ainsi que le schéma du typon et les fichiers source et assembleur du programme. Je ne travaillais que sur les demi alternances positives, ce qui est suffisant dans le cas étudié. Le programme consiste simplement en un cumul sur la demi alternance positive d'une vingtaine de mesures de tension et de courant, puis comparaison des résultats avec des valeurs seuils.

Ajouter un poil d'hystérésis et saupoudrez de temporisations, pour calmer les battements du relais de sortie.

A suivre !

Cordialement

dB-)

[PERRET]

Confection de façon artisanale d'un relai directionnel de puissance active.

Regardé rapidement le schéma de la "Boîte verte". Montage séduisant.
Mais s'adresse véritablement à lecteurs avertis, adeptes du fer à souder et ayant en plus quelques loisirs.

Je pense qu'il est souhaitable que le condensateur de 680 nF soit prévu pour une tension de 1500 V minimum. C'est le point délicat de ce type d'alimentation, surtout que dans ce cas le montage est alimenté entre phases. Une Varistance (VAR-MOVE)- 480 V, branchée entre le moins du montage et la jonction de la résistance 220 ohms et du condensateur 680 nF, permet de se mettre à l'abri des pics de tension et d'être moins exigeant sur la qualité de ce condensateur.

VAR MOV - V480LA10.jpg

Le régulateur de tension positive fixe est probablement un L 7805 ou similaire. Y mettre une Zener de protection, 15 V par exemple, entre les broches 1 et 2, ne serait pas superflu.
Sous 5 volts la Del rouge n'appréciera pas, il serait souhaitable de prévoir une résistance de quelques centaines d'ohms en série pour limiter le courant la traversant à 20 mA maximum.
Le circuit intégré est-il un ampli opérationnel série LM 741 ou similaire ?
La résistance 0,2 ohms - 5 W ne court pas les rues. Il est possible de la réaliser facilement par quelques spires de fil inox Ø 1 mm environ. Diamètre du fil à choisir en fonction de l'intensité prévue pour le montage.

Quant à moi, j'aurai la préférence, bien que plus encombrant, pour le vieux compteur électrique, monophasé, ou mieux triphasé, sur lequel le disque actionne 2 contacts, un pour chaque sens, la difficulté étant de trouver des contacts d'excellente qualité, à protéger par diode en continu ou VAR MOV en alternatif,
ou mieux,
demandant moins de bricolage et de précautions, après suppression du système d'enregistrement des consommations, y installer 2 détecteurs de proximité inductif actionnés par une encoche ou un bossage sur le disque, les détecteurs commandant soit 2 relais, un pour chaque sens, ou 2 entrées d'automate.

Les détecteurs inductifs, si on n'est pas pressé, se trouvent assez facilement sur Ebay, parfois à prix intéressant, mais bien faire attention aux caractéristiques. Il est souvent proposé des moutons à 5 pattes !

[dB-)]

Bonjour,

ce schéma, indiqué de mémoire, n'est pas fait pour être utilisé tel quel; de toute façons il manque le programme, c'est à dire les 3/4 de l'ensemble...

Pour éclaircir les différents points au cas où certains voudraient se lancer :

- le condensateur utilisé en alternatif est soumis à une tension de 415 Veff, j'ai pris par sécurité un modèle 1000Vac, ce qui donne 2000 Vdc pour un polypropylène MKP, c'est suffisant ! (même sans GMOV).
- la zéner parfois utilisée avec les anciens régulateurs 78xx associés à un gros condensateur électrolytique en sortie est ici inutile : il n'y a pas de tel condensateur après le régulateur. Je privilégie les régulateurs avec un bon comportement dynamique, qui n'en ont pas besoin, et donc pas de retour de courant.
- si si si !... la DEL (diode électroluminescente) rouge travaille bien en 5V : c'est un modèle clignotant (avertissement lors d'injection de courant)
- le composant 8 pattes n'est pas un amplificateur opérationnel µA741 : c'est un micro-contrôleur (µP) avec 2 entrées analogiques. On envoie sur une l'image de la tension instantanée, et sur l'autre l'image de l'intensité instantanée : ces deux valeurs seront mesurées toutes les millisecondes environ, les résultats sont concaténés, puis comparés pour déterminer si on est en injection ou en soutirage. Le résultat passe ensuite par un traitement numérique qui réalise une hystérésis (zone morte), et un autre qui réalise une temporisation (pour calmer l'ensemble).
- la résistance 0.2 Ohm 5 Watts est standard et disponible chez Farnell ou RadioSpares par exemple (environ 1 euro). C'est un shunt coudé, utilisé dans beaucoup d'applications où on surveille l'intensité d'un moteur; j'évite les multi-spires inox, un peu trop inductives.

Si quelques personnes sont intéressées par ce montage (à titre purement expérimental), je l'optimiserai et j'en réaliserai quelques-uns. Mise à disposition à prix coûtant (moins de 250 euros : composants + typons + boîtier + soudure et amortissement du temps passé à réaliser le programme), le tout assorti de moult avertissements légaux et décharges de responsabilités !

La solution du vieux compteur permet d'éviter toute électronique. Je l'ai indiquée un peu en mémoire de mon grand père, qui m'avait parlé il y a bien longtemps de la possibilité de bloquer la rotation de ce satané disque qui tourne, au moyen d'une épingle insérée au bon endroit ! Le faisait-il ou non ? Mystère jamais vraiment élucidé !

Attention, ne supprimez pas le disque, c'est justement lui qui constitue le rotor du compteur !

Bon, le travail m'attends !

Cordialement

d.Beaume

[Gilles21]

Bonjour,
La vitesse d'une génératrice asynchrone couplée au réseau varie-t-elle en fonction de la puissance fournie par la turbine ?
Par exemple : géné 4 paires de pôles 11kw, vitesse de synchronisme : 750 t/mn, vitesse hypersynchrone max :775 t/mn.
Sa vitesse variera-t-elle de 750 à 775 t/mn en fonction de la puissance transmise par la turbine ?
Cordialement
Gilles G

[moulino51]

Bonjour Gilles,

Oui exact, la vitesse varie, mais la réponse était déjà dans la question.

Mais a la différence d'un alternateur, avec une génératrice asynchrone, la variation est faible, car calée sur le réseau

Un exemple concret, j'utilise (provisoirement) un moteur asynchrone de 15 kw /380 v la plaque indique 715 t/min en moteur
soit donc 35 tours au maximum de glissement (négatif) en moteur.

Donc théoriquement en génératrice : 750 + 35 = 785 T/min.

Mais comme c'est un moteur en 380 v, et que pour de l'autoconsommation, je ne produit que 10 kw avec ,

la je suis a environ 765 T/min.

la fourchette doit varier en fonction du co phi, le miens est a 0,75.

Bonne soirée

Gérard