Moteurs et génératrices asynchrones

[dB-)]

Bonsoir,

Je pensais que la quatité de condensateur que j'installais fixait définitivement la vitesse de rotation de la géné asynchrone, ( de la même façon que le 50hz du reseau fixe la vitesse de rotation dans le cas classique), vous me dites que non ?

Oui, je dis que non ! La fréquence du courant, sa tension, la vitesse de la génératrice, les puissances échangées, tout ça va se promener joyeusement et sera instable. En plus en redressant le courant vous allez déformer les sinusoïdes (création d'harmoniques), avec à la clé un échauffement des bobinages de la génératrice et un vieillissement des condensateurs. Sans parler des fortes surtensions en cas de déclenchement d'une protection en aval, avec obligation d'ouvrir très rapidement le contacteur des condensateurs sous peine de claquage (car bien sûr il faut pour le circuit condensateurs des disjoncteurs et des contacteurs). Je n'ai jamais vu une installation de ce type en 200 kW, et je pense que ça n'existe pas, pour les raisons ci-dessus. J'utilise cette technique (moteur asynchrone + condensateurs) uniquement dans de toutes petites installations, avec ses avantages et inconvénients : voir par exemple le sujet http://dbhsarl.eu/forum/viewtopic.php?f ... 3841#p3841

Ok bien compris, mais ne vaut mieux t'il pas utiliser alors un alternateur bobiné moins cher qu'un pmg pour ces vitesses là

Oui, alternateur type bobiné ou aimants permanents, peu importe. Mais on utilise donc ensuite un redresseur puis un onduleur. Et ça commence déjà mal, car un alternateur sera plus cher que la génératrice asynchrone équivalente.

vous revenez à la solution génératrice asynchrone 400v 1500tr auto exité ou bien exité par une source d'énergie à part

C'est une génératrice asynchrone mais excitée par le variateur 4 quadrants même. Si la génératrice 1500 tr/min tourne à 1200 tr/min, mais que la consigne de vitesse du variateur est par exemple de 1000 tr/min, le variateur va freiner la génératrice, et comme il est du type régénératif, il réinjecte sur le secteur l'énergie récupérée.

je me demande si il y aura autant d'éléctronique que cela en fait, car je ne cherche pas à faire de la vitesse variable.

Dès l'instant que vous voulez changer de fréquence, il faut beaucoup d'électronique !

Mon 350v 45hz sera fixe dans mon cas

Comme indiqué ci-dessus, le 45 Hz ne sera pas fixe, et s'il l'était, ça ne changerait rien : même avec une fréquence de 49.9 Hz il faut tout un binz pour la ramener à 50 Hz, c'est le même problème que si vous étiez à 20 Hz ou 80 Hz, ou que si la fréquence varie.

Quelques composants redresseurs/convertisseurs bien costaud devraient faire l'affaire, non ?

Pour information, le variateur ABB ACS800-17-xx, qui passe 200 kW, mesure environ 2 m de large par 2 m de haut et pèse 1.5 tonne .... Il contient plus que quelques composants, et je confirme, c'est costaud !

Bien qu'appréciant l'électronique, je pense toujours que dans votre cas, la meilleure façon de faire passer les 200 kW d'un arbre tournant à 1200 tr/min jusqu'au compteur ERDF est d'utiliser un simple multiplicateur à courroie et une génératrice asynchrone !

dB-)

[djan]

Bonjour

Je crois que cela a le mérite d'être clair!!!!!

Grand merci pour votre réponse.

[dB-)]

Bonjour,

le sujet n'ayant pas déchaîné les passions, et faute de plus de retour d''informations, j'ai réalisé dernièrement quelques mesures sur une petite turbine entraînant un simple moteur asynchrone triphasé récent et neuf branché sur le secteur :

Données de la plaque signalétique :
- puissance 7,5 kW à l'arbre
- tension entre phases 230 et 400 Veff selon couplage
- courant dans une phase 32 et 18,5 Aeff selon couplage
- fréquence 50 Hz
- vitesse nominale 960 tr/min
- rendement 78 %
- cos (Phi) 0,75
- utilisé donc en génératrice
- et branché en étoile sur le réseau triphasé 415 V
- sans condensateurs additionnels

Mesures effectuées sur le câblage du moteur même, avec un Wattmètre et un oscilloscope, en ouvrant plus ou moins le vannage de la turbine : j'obtiens les courbes de P (W), Q (Var) , S (VA) et cos (Phi) suivantes, avec I (A) en absisses :

P Q S = f(I).JPG

cos (Phi) = f(I).JPG

a) vannage complètement fermé, le moteur entraîne la turbine, il consomme environ 11,5 A et absorbe environ 1700 W, il tourne alors à environ 980 tr/min : c'est le fonctionnement à vide en mode moteur, avec un très mauvais cos (Phi) d'environ 0,2 : tout est normal

b) quand on ouvre progressivement le vannage, l'ensemble accélère, atteint la vitesse de synchronisme puis la dépasse. La puissance consommée diminue régulièrement (normal, l'eau entraîne de plus en plus la roue) mais paradoxalement le courant continue à augmenter : en effet le cos (Phi) descend encore, pour atteindre zéro : tout part en excitation du stator.

c) à un moment, on a ainsi une puissance de 0 W et un cos (Phi) de 0, ici pour environ 12,2 A. Un compteur EDF électronique type Actaris indique ici 12 A par phase, mais bien une puissance de 0 W (heureusement que le réactif n'est pas facturé en petite puissance !). Le wattmètre s'affole un peu à ce point, il indique tantôt un montage capacitif tantôt un montage inductif ! Normal, le déphasage de l'intensité par rapport à la tension passe aléatoirement d'un coté ou de l'autre de l'angle de 90°, et on change de quadrant injection / consommation pour un rien. A noter aussi que ce point de puissance nulle n'est pas le point à vitesse de synchronisme : on tourne déjà plus vite que le synchronisme Ns, à une vitesse qu'on peut appeler No.

d) quand on continue à ouvrir le vannage, le courant va continuer à augmenter, et le moteur va commencer à fournir de la puissance sur le secteur

Mais on voit qu'un moteur à bobinages de 400 V n'a pas du tout un bon cos (Phi), et ne fournit donc pas une bonne puissance, quand il est utilisé en génératrice sur le secteur 415 V :

- ici, les bobinages sont prévus pour tenir en mode moteur un courant de 18,5 Aeff, avec une puissance de 7500 W à l'arbre et un cos (Phi) de 0,75
- en mode génératrice, pour un même courant de 18,5 Aeff, on ne fournit qu'une puissance d'environ 5700 W sur le réseau, avec un cos (Phi) de 0,45 ...

Moralité :

- le cos (Phi) d'un moteur utilisé en génératrice n'est pas bon
- ceci est dû au manque de spires des bobinages par rapport à une vraie génératrice
- l'idéal est donc d'utiliser une vraie génératrice
- on peut quand même utiliser un moteur, mais :
=> soit utiliser un moteur très récent, bobiné pour du 400 V ou mieux du 415 V, et le sur-dimensionner d'environ 25%
=> soit faire re-bobiner un ancien moteur 380 V avec par exemple 12 % de spires en plus
=> mais proscrire à mon avis un ancien moteur bobiné en 380 V sur un réseau 415 V

Pour le contrôle du fonctionnement :

- ne surtout pas se fier à la mesure de puissance active, et ne pas chercher à produire la même qu'en mode moteur !
- vérifier plutôt le courant par phase, qui ne doit pas dépasser le courant nominal en mode moteur, ici 18,5 A
- en cas de manque d'eau, pour savoir à quel moment il vaut mieux couper le contacteur de ligne afin de ne pas consommer sur le réseau au lieu de produire, on peut réaliser une seule fois ce genre de mesure à la mise en service de l'installation, ensuite il suffira :

- soit de surveiller le courant :
=> dans le cas présent, on voit que la puissance est nulle pour I = 12,2 A
=> il suffit donc d'un simple relais de mesure d'intensité tel qu'un Schneider RM35 et de le régler pour couper le contacteur de ligne en dessous de ce seuil
=> plus l'habituel "relais thermique" GV2 pour protéger des surintensités, réglé ici sur 18 A
=> on a donc dans ce cas une plage de courant utile allant de 12,2 Aeff (correspondant à 0 W) à 18,5 Aeff (correspondant à 5700 W)

- soit de surveiller la vitesse : au dessous de No (qui n'est donc pas Ns, mais un peu au dessus) on consomme, et au dessus on produit

Pour surveiller cette vitesse, avec une bonne précision, on peut :

- soit utiliser un capteur inductif qui voit passer les dents d'un pignon monté sur l'arbre moteur, coté ventilateur
- mais on peut aussi tout à fait utiliser le même capteur pour compter simplement les passages de la clavette sur l'arbre moteur

C'est juste une question de durée de mesure

Par exemple pour un ensemble tournant à 1000 tr/min :

- avec un pignon à 24 dents on a une fréquence de 24 * 1000 / 60 = 400 impulsions par seconde, ou 400 Hz
- en mesurant le passage de la clavette on a 1000 / 60 = 16,67 Hz

Si on veut mesurer la vitesse à 1% près, il faut compter 100 impulsions et donc il faut attendre :

- 400 / 4 = 0,25 s avec un pignon à 24 dents
- et 100 / 16,67 = 6 secondes avec la clavette

Donc si la mesure de vitesse sert juste pour une sécurité, ou à déterminer le seuil consommation / production, une simple mesure sur le passage de la clavette suffit, mesure lente, sur des périodes de 6 secondes dans cet exemple

Bien sûr si la mesure de vitesse sert aussi au couplage de la génératrice (inutile en petite puissance), il faut réagir plus vite et utiliser cette fois une roue dentée

dB-)

[PERRET]

Bonjour les électriciens,

c'est merveilleux d'avoir une petite installation sous la main pour faire des essais, de posséder les instruments de mesure adéquats et surtout savoir s'en servir.

Il est certain qu'utiliser un moteur en génératrice n'est pas la bonne solution. Demander à Moulino51 qui a provisoirement installé pour essais de sa turbine un moteur d'un grand fabricant français qui se transforme en une belle chaufferette dès qu'il fournit un peu de puissance.

Mais les résultats obtenus doivent dépendre pour beaucoup du moteur utilisé en génératrice (qualité des tôles, nombre de pôles, fabricant, etc.).

Encore obtenu il y a 4 ans d'un grossiste réputé la fourniture de génératrices 8 kW - 11 kW et 18 kW - 750 t/mn.
Ayant renouvelé cette demande il y a quelques mois pour une machine 11 kW, il m'a été répondu que ce n'était plus possible, qu'il me serait livré un moteur !
Remarque : la génératrice installée de 11 kW fourni sans problème plus de 15 kW aux bornes.

Anecdote - J'avais rencontré il y a quelques années le propriétaire d'une installation neuve sur le Gers : ± 70 kW (Son épouse et sa sœur ne supportant plus d'avoir trois turbines en fonctionnement dans l'habitation ! : entrée, bureau et lingerie), ce dernier avait installé une turbine Francis neuve en dehors du moulin et, probablement par économie, avait utilisé un moteur en génératrice.
Ce dernier chauffait tellement qu'il l'avait entouré d'un serpentin en cuivre avec circulateur de chauffage central pour le refroidir avec l'eau de la rivière . . .

C'est dommage que DBH n'ai pas beaucoup de temps pour s'en occuper, mais il serait intéressant de rembobiner ce moteur avec 10 % de spires en plus et refaire les même mesures.

Pour le couplage et pour surveiller sur ou sous vitesse j'utilise typiquement un pignon 24 dents - module 2 -, monté côté ventilateur avec un détecteur de proximité inductif Ø 8 mm attaquant une entrée rapide de l'automate.

Veuilly la Poterie - 34.JPG

Commande des directrices 04.jpg

Durée de mesure : couplage/découplage < = 25/100 de seconde
: sur vitesse ou sous vitesse : ± 1 seconde.

Prendre la mesure sur un bossage de la poulie ou sur une clavette ne permet pas d'avoir une bonne précision de la mesure de vitesse.
Peu d'importance pour le couplage si l'ouverture des directrices est lente et la puissance installée faible.
Important quand on s'en sert pour assurer un découplage rapide afin de ne pas consommer d'énergie sur le réseau à la fermeture dès qu'on arrive près de la vitesse de synchronisme.
Remplace avantageusement le relai directionnel de puissance active depuis que l'on ne peux plus consommer d'énergie active (contrat H07)

[Gaël1]

Bonjour,

Je voudrais que vous m'aidiez à comprendre la différence entre moteur asynchrone en 380 V et génératrice asynchrone en 400 V.

Le choix entre un et l'autre est il imposé par le réseau ?

Est il préférable d'avoir une génératrice en 400 ou 415 V plutôt qu'un moteur en 380V ?

Le choix de la génératrice et du transformateur sont ils aussi lié ?

Je suis pas très clair mais faut qu'on m'explique la chose car je vois des géné asynchrone récente en 380 V et des moteurs en 400 V. :?

merci d'avance

cordialement Gaël

[moulino51]

Bonjour Gaël,

Je ne suis pas électricien, mais .......

En moyenne tension le réseau était avant a 15000 v, maintenant cette MT est a 20000 v

De mème le 380 v est l'ancienne tension du réseau, puisque maintenant la tension est d'environ 400 v
(pour exemple, je mesure 409 Volts aux bornes de la génératrice)

Un autre exemple concret, ma génératrice (moteur asynchrone) est en 380 Volts, et il serait imprudent d'essayer d'en tirer les 15 Kw qui sont notés sur la plaque signalétique.

En 380 Volts, le moteur est bobiné avec une longueur de fil bien moins longue qu'en 415 Volts.

Si ce moteur de 15 Kw était bobiné en 415 Volts, il serait possible de "tirer dessus" jusqu'a 18 Kw.

Au fur et a mesure des années, le réseau augmente sa tension, (plus de tension = moins de pertes en ligne)

Donc une génératrice asynchrone est un moteur asynchrone bobiné avec 10/15 % de spires en plus.


Gé

[Gaël1]

Bonjour,
Je suis d'accord sur le fait que quand on augmente la DDP on diminue l'intensité. En diminuant celle-ci on sature moins le matériau de la génératrice ou du moteur.
Il est donc préférable d'avoir une géné en 415 V et si connexion en HT un transformateur élévateur ( un vrai ex 21000/ 400 ou 380) (la puissance est un produit).

Mois quand même si le réseau est en 400 et ma géné en 380 il n'y a pas de ddp entre géné et réseau. comment la géné fourni t elle du courant?

Merci moulino51 pour votre réponse.

d'autre explication son les biens venu (sans vous offenser moulino51).

cordialement Gaël

[moulino51]

Ce qu'on pourrait ajouter, pour les novices, c'est que : génératrice asynchrone ou moteur asynchrone c'est kif kif et a par le longueur du fil c'est exactement la même machine.

Et toujours pour les Newbie, DDP = différence de potentiel http://fr.wikipedia.org/wiki/DDP

Gé

[Ticapix]

Bonjour Gael,

Ce n'est pas la DDP qui engendre la production mais la fem ou force électro motrice, liée à la rotation du rotor à cage à une vitesse supérieure à la fréquence du réseau dans le champ magnétique du stator alimenté par le réseau.

En effet c'est le réseau qui impose la tension quoiqu'il arrive. Si le réseau passe à 410 V votre moteur ou votre génératrice qu'ils soient en 380 400 ou 415, passeront à 410 V.

En revanche le comportement de chacun de ces équipements sera différent. Tous produiront, mais pas avec le même rendement ( essentiellement par pertes joules liée à la saturation du stator) ni le même coefficient de sécurité.

Prenons le moteur en 380 ou en 400 , il est conçu pour absorber du courant et le transformer en énergie mécanique, en général le rendement est juste minimal pour répondre aux normes électriques ( IEC 6034) sauf pour certains moteurs récents ( cf un post de Claude Perret).
Dans la fonction moteur, le bobinage est prévu pour respecter la tension nominale du réseau et comme il va absorber, la tension interne en général va chuter un peu, il se passe le contraire en fonction production.
Si on utilise ce moteur en générateur, il va produire certes, mais comme son bobinage est prévu pour absorber et non produire et comme la tension est fixée par le réseau le moteur va saturer ( énergie magnétique) => il va chauffer d'où la remarque de Moulino.

La différence constructive étant lié à un bobinage stator plus généreux sur la géné que sur le moteur.
Ce phénomène sera d'autant plus marqué qu'il existe un décalage de tension ( tension plaque < tension réseau) entre ce que l'on mesure au réseau et la plaque signalétique du moteur.Donc c'est "moins pire" de prendre aujourd'hui un moteur 400 V qu'un moteur ancien 380 V.

Si on a une géné 380 V ( plaque) et que le réseau est à 400V on a intérêt si on a un transfo (élévateur sinon on y arrivera pas, la tension sera toujours trop haute) de jouer sur les réglages +/- 2,5% pour amener la tension BT la plus proche possible de la tension figurant sur la plaque signalétique. ( A faire transfo hors tension)
On peut d'ailleurs imaginer que si on peut abaisser la tension BT du transfo en dessous de la valeur de la plaque signalétique d'un moteur on va diminuer le phénomène de saturation.

Le problème est identique avec transformateur entre élévateur et abaisseur ( cf un post à ce sujet dans le forum) Et le cumul moteur 380V + transfo abaisseur est vraiment à éviter, on produira mais avec une perte de rendement qui peut aller jusqu'à 10 %

Je me suis laissé dire que certains distributeurs "low cost " proposent des moteurs 440V ( +/- en les déclassant en puissance) en lieu et place de génératrices 400 V. D'une part , je ne sais pas si c'est 100% exact, d'autre part je ne sais toujours pas si cela pose un problème et également comment vérifier sur le terrain s'il s'agit d'un moteur ou d'un générateur en dehors d'une chauffe excessive(mais comme n'y a pas que des moteurs qui chauffent !!!).


Cdt

TG

[Gaël1]

Bonjour,

Merci Ticapix pour ta réponse, j'ai tout compris mais je suis un peu lamentable car tout ces du déjà vue. Je vais essayer me mettre en chiffre et équation tout cela.

Pour être plus clair pour tout le monde j'ai trouvé il y a une 10 année le site d'un prof de physique qui illustre l'électricité et les loi de la physique.

Je vous mets le lien.http://www.physique-appliquee.net/physique/triphase.php.

Il faut chercher sur ce site il y a des animations très instructives sur l'électricité, les moteurs , etc...