Moteurs et génératrices asynchrones

[PERRET]

Bonjour à tous,

Un ami, très discipliné, un peu bricoleur, ne veux pas renvoyer d'électricité sur le réseau.
La solution est la confection d'un relai directionnel de puissance active avant (après) comptage.
Ce dernier va agir sur la commande des directrices - ou des pales sur une Kaplan - de façon à les refermer si retour d'énergie.

Si l'on est motivé, peut se réaliser facilement avec un vieux compteur électrique triphasé.

Relai directionnel de Puissance Active - 1.JPG

Relai directionnel de Puissance Active - 2.JPG

Ce modèle, réalisé réalisé avec un vieux (1930) compteur monophasé, est sensible. Le disque tourne et le contact est établi à partir d'un retour d'énergie de 5 W.
Il est possible de le rendre moins sensible en "graissant" les paliers avec de la graisse silicone.

Pour plus de libertés pour le branchement, faire actionner par le détecteur de proximité un petit relai, type "Européen" par exemple.

Lors d'un retour d'énergie :
Un contact - NF-, en série avec la commande "Niveau Haut", empêche les directrices de s'ouvrir, même si le niveau est haut.
Un autre contact - NO -, en parallèle avec la commande "Niveau Bas", fait refermer les directrices.

Ou l'on agit sur une entrée de l'automate, s'il y en a un.

A vos tournevis . . .

[moulino51]

Merci Claude,

Il est aussi beau qu'en vrai

Bonne journée

Gérard

[Jan Maniak]

Bonjour.

Voici une question de béotien (que je suis) pour vous :

Le cos phi d'une génératrice varie-t-il avec la charge (100%, 75%, 50 %) ?

Si oui (ou si non), pourquoi ?

Merci de votre aide.

jan

[Ticapix]

Bonjour,

La réponse est oui.
La formule de base est la suivante en tripasé
P(en watts) = U (en volts) x I (en amps) x 1.732 ( racine de 3) x cos phi

Donc
Cos phi = P/1.732 UI

ainsi à vide ou à faible charge, le cos Phi est bas donc fortement inductif (consommateur de réactif)
Ce n'est qu'à la puissance nominale que vous retrouvez le cos phi indiqué sur la plaque signalétique.


Cordialement
TG

[Jan Maniak]

Bonjour.

Merci de cette réponse, qui confirme ce que je pensais, notamment après avoir parcouru des forums divers et variés sur l'électricité.
N'étant pas spécialiste, je préférais avoir un avis sûr.

Bref.... Je suis surpris par la faible puissance délivrée par un turbine récemment installée (installation neuve où j'ai participé sur la partie raccordement électrique, commande).

La première turbine est une turbine Francis d'occasion, avec une génératrice un peu surestimée (75kw), délivre environ 40 kW au lieu des 60 attendus.
La deuxième turbine est une petite Pelton, toujours d'occasion,avec une génératrice de 60 kW, qui délivre environ 20kW au lieu des 30 attendus .


Du coup, l'installation "rêvée" à 90kw, n'en délivre qu'un peu plus de 60 (le réactif est compensé par une batterie automatique avec 3 gradins). Le propriétaire fait un peu la tête, et me demande ce que je peux faire... (je précise que je ne suis pas du tout intervenu dans l'étude, ni le dimensionnement, ni donné d'avis sur la faisabilité ou la productivité).

On a 19m de chute, pour 600 l/s turbiné. Cette valeur de puissance mesurée (au compteur) vous surprend elle ?

J'ai lu sur un ancien sujet de discussion que l'on pouvait appliquer la règle : P électrique = 0.5 x P hydraulique. Cela peut il s'appliquer à ce site ?

Est il possible de mesurer la puissance mécanique sur l'arbre ? (ce qui confirmerait les valeurs électriques lues).

Merci de votre aide.

jan

[moulino51]

Bonjour Jan,

Dans le cas que vous citez, la puissance brute est de 111 kw, ce qui nous ferais environ 77 kw aux bornes.

Pour ce calcul, je considère un Rdt de 70%
et pour une roue a aubes ancienne, je prendrais 30 %.

La partie électrique (génératrice) est suréquipée, et sans doute un mauvais rendement, et certainement mauvaise vitesse des rotation des turbines, si celles-ci on étés réimplantée ?

Bonne journée

Gérard

[MHEC]

Bonsoir Jan,

Le cos phi d'une génératrice varie-t-il avec la charge (100%, 75%, 50 %) ?

En plus des bonnes explications de Ticapix , pour le vérifier, rien de plus simple en temps réel avec un superviseur (ci-dessous, avec une génératrice de 220 kW)

Le 06/10/2011 : le cos fi est de 0,36 sous 50 kW

Cos fi 50kW.jpg

Le 06/12/2011 : le cos fi est de 0,68 sous 139 kW

Cos fi 139kW.jpg

Normalement, à pleine puissance, le cos phi devrait-être égal à 1 ce qui devrait être indiqué sur la plaque signalétique de la génératrice.

Bonne soirée.

PV

[dB-)]

Bonsoir à tous,

la question du "facteur de puissance" ou "cos Phi" a déjà été abordée ici :

http://dbhsarl.eu/forum/viewtopic.php?f ... ance#p2566

Sans aller dans les détails, une génératrice asynchrone :

- consomme à chaque instant de la puissance mécanique pour tourner
- consomme de la puissance électrique réactive pour créer son champ magnétique
- et fournit de la puissance électrique active au réseau

Mystère : comment peut-elle à la fois consommer une puissance réactive et produire une puissance active sur les mêmes fils ?

En fait, le courant électrique du secteur est alternatif, et la tension (en Volt) présente entre deux fils a plus ou moins une forme sinusoïdale (ondulations), elle change 50 fois par seconde de polarité : chaque alternance dure donc 1 seconde / 50 = 0,02 seconde ou 20 ms

L'intensité (en Ampère) du courant qui passe dans un fil a aussi grosso modo une forme sinusoïdale, et change aussi de sens de circulation 50 fois par seconde

Mais les deux "sinusoïdes", celle de la tension et celle de l'intensité, ne sont pas exactement "en phase", elles sont décalées l'une par rapport à l'autre, on dit qu'elles sont déphasée d'un angle Phi, d'où le famous "cos Phi" ou facteur de puissance :

Actif Réactif.JPG

Du coup :

• - pendant une partie de chaque sinusoïde (donc pendant quelques milli-secondes), la tension et l'intensité n'ont pas le même signe : la génératrice absorbe du courant pour entretenir son champ magnétique, c'est ce qu'on appelle la puissance réactive, ce sont les segments en rouge sur le graphique.
  - et pendant une autre partie de chaque sinusoïde, la tension et l'intensité ont le même signe, la génératrice produit du courant, c'est ce qu'on appelle la puissance active, segments en vert sur le graphique

On voit tout de suite que plus les deux sinusoïdes sont proches (faible décalage, angle Phi proche de zéro, donc "cos Phi" proche de 1), plus les segments rouges seront petits, et les segments verts grands : la machine absorbera peu de réactif, et fournira beaucoup d'actif.

Et ça recommence, 50 fois par seconde ... ça tricote donc pas mal dans les fils à chaque instant, et ça m'a toujours épaté tout ça, comme les pistons qui gigotent dans un moteur lancé à 3000 tr/min ...

Même si une machine asynchrone tourne à charge partielle et produit peu de puissance active, il faut magnétiser chaque seconde ses dizaines de kg de circuit magnétique, et donc absorber une puissance réactive qui diminue assez peu avec la charge : voir le tableau du sujet ci-dessus.

Le besoin en puissance réactive dépend de la forme des circuits magnétiques, des caractéristiques des bobinages, de l'entrefer, des matériaux, de la charge, etc ... Chaque moteur a sa propre courbe de variation du cos Phi en fonction de la charge, donnée par le constructeur (mais on trouve des ressemblances entre les différents modèles).

Ne pas confondre le facteur de puissance avec le rendement, qui est lui le rapport entre la puissance électrique active fournie par la génératrice, et la puissance mécanique absorbée à l'arbre.

Pour l'installation citée, il faudrait préciser si on parle des puissances mécaniques à l'arbre, ou des puissances électriques actives fournies, mais à priori :

• - utiliser une génératrice "76 kW" pour une turbine qui peut fournir au maximum 60 kW à l'arbre est un peu dommage
  - utiliser une génératrice "60 kW" pour une turbine qui peut fournir 30 kW à l'arbre me semble excessif
  - dans les deux cas, quand la turbine tournera à pleine puissance, la génératrice sera un peu un "boulet" en rendement et absorption de réactif
  - et pire encore quand les turbines tourneront à puissance partielle

Concernant les graphiques du message précédent, il y a quelque part une erreur : une génératrice asynchrone 1000 tr/min ne peut pas produire 50 kW à 999 tr/min (en dessous de sa vitesse de synchronisme), ni 139 kW à 1002 tr/min

dB-)

[Ticapix]

En ce qui concerne l'installation sous 19 m et 600 l .

Pour arriver à 90 kw ce qui fait un rendement global de 80% il ne faut rien négliger
1) s'assurer des pertes de charges au débit nominal c'est à dire vérifier que la conduite la ou les vannes de garde n'entraine aucune pertes de charges car on a vite perdu 1 mètre avec une conduite trop petite, ou sale ou bien encore une vanne un peu étroite. ainsi avec un mètre de perte il faudrait déjà un rendement global de presque 85% pour atteindre 90 kw
2) S'assurer du débit
3) Choisir une ou des turbines parfaitement adaptées au site , voire construite pour ce site. Si on choisit de l'ocassion s'assurer des données techniques et surtout procéder à une remise à neuf impérative, sous 19 m les jeux de fonctionnement se mesurent en dixièmes de mm pas en mm.
4) Caler la roue à la bonne vitesse
5) Utiliser des génératrices haut rendement et surtout pas des moteurs. Bien souvent il est difficile de trouver des machines avec un bon rendement dans de petites puissances.

Au final donc pas mal de raison pour éventuellement expliquer que le résultat escompté n'est pas au RDV.

Il faut donc tout revérifier avant de se lancer dans une quelconque modification .

Cordialement

TG

[Jan Maniak]

Bonjour.

En réponse à DB, message du 06/12 à 20h57 (!).

Un peu d'histoire pour expliquer l'équipement pas forcément très adapté.

Le propriétaire était auparavant scieur, et produisait son courant avec une petite Pelton, associée à une géné (qui étaient sur place quand il a acheté la scierie en 1992).

Il a eu envie de bâtir sa micro centrale... Problème : pas beaucoup de financement !. Il a trouvé une Francis d'occasion, qu'il a "adapté" à son site... La vitesse de rotation actuelle est la moins mauvaise, mais il est clair que cette turbine est loin d'être optimale ! Elle tournait avant sous 10m de chute, ici on a 19m.

Du coup, il a fait "avec ce qu'il avait" en terme de turbine et génératrice et a consacré son investissement sur la bâtiment, la conduite, la partie électrique et la prise d'eau, qu'il a fallu mettre aux normes.

D'où, au final, une puissance maximale d'un quart inférieure à ce qu'il est possible d'avoir avec ce débit et cette hauteur de chute.

Merci en tous les cas pour vos contributions.

jan