Dimensionnement circuit avec MCC et super-condensateur

[invite527c3c2a]

Bonsoir à tous,

J'aimerais réaliser le circuit suivant mais je ne sais pas vraiment où commencer pour le dimensionner et s'il est réalisable tel quel.



K1 K2 K3 sont les interrupteurs de gauche à droite.
C1 Super condensateur ou une Batterie : je compte réaliser 2 montages pour les comparer
Le principe de mon montage est le suivant:
(i) Le générateur de courant alimente la MCC1 qui fonctionne en moteur.

Je dispose, au lycée, de MCC 24V/5A et 30V/5A, je n'ai pas encore acheté le super condensateur ni la batterie, les super capas que j'ai "repéré" sur internet sont 47 mF/5V; 0,10/5,5V, 0,22/5,5V; 1 F/5V
(ii) On ouvre K1, on ferme K2. Le moteur fonctionne en génératrice et charge le super condensateur.
(iii) Qd le super condensateur est chargé on ouvre K2, on ferme K3. Le super condensateur fournit de l'énergie électrique à la MCC2 qui fonctionne en moteur.

Je voudrais mesurer les tps de charge et décharge du super condensateur, les comparer à celui d'une batterie et comparer les puissances fournies et reçues.

Pourriez-vous m'aider pour le dimensionnement?
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[zhal]

(i) Le générateur de courant alimente la MCC1 qui fonctionne en moteur.

A la vue de ton schéma mes oreilles sifflent ...

[invite527c3c2a]

De tension, pardon.
Un petit avis sur la réalisation du montage? Une petite aide sur le dimensionnement svp?

[zhal]

Ma question serait plutot sur l'utilité d'un tel montage. Peux tu le decrire un peu ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[PA5CAL]

Bonsoir

Pour ma part, ce n'est pas le fait qu'on ait un générateur de courant à gauche sur le schéma qui me gêne, à condition que ce courant s'annule à l'ouverture de K1. Ce générateur pourrait par exemple être un panneau photovoltaïque.


Je vois plutôt le problème dans le fait de vouloir connecter directement l'une puis l'autre des MCC sur l'accu ou la supercapa.

Pour rappel, une MCC se comporte plutôt comme un générateur de tension (proportionnelle à la vitesse de rotation), de même qu'un accu ou une supercapa.

Or, la connexion directe de deux générateurs de tension présentant des tensions différentes provoque au mieux une perte d'énergie assez importante (dans le cas de résistances internes suffisamment élevées), au pire la destruction d'un composant du circuit ou de son environnement.

Par ailleurs une connexion peut tout aussi bien provoquer une charge qu'une décharge... et pas forcément celle qu'on désire.


Pour moi, le montage ne peut présente un intérêt que dans le cas où il serait possible de contrôler les tensions, soit en agissant sur l'excitation des MCC, soit en remplaçant les interrupteurs par des convertisseurs à découpage.

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[invite527c3c2a]

Ma question serait plutot sur l'utilité d'un tel montage. Peux tu le decrire un peu ?

Disons que j'ai cherché le montage le plus simple possible qui me permettrait de comparer puissance d'un super-condensateur et puissance d'une batterie.
J'avais expliqué grosso modo ce que je voulais faire dans ce topic là: http://forums.futura-sciences.com/el...ml#post3380018

J'étais donc parti au départ sur un montage hacheur, mais vraiment je n'ai pas les capacités pour mettre en œuvre l'électronique de commande. Donc j'ai ensuite pensé au plus simple, et ce que je propose me semble réalisable et plutôt simple!

Je veux juste comparer les puissances transmises par le super condensateur et l'énergie, si possible en fonction de la vitesse de rotation du moteur, pour conclure ensuite sur la période de vie d'un véhicule électrique durant laquelle il est judicieux d'utiliser l'énergie emmagasinée dans les super condensateurs ou l'énergie emmagasinée dans les batteries.

Je vois plutôt le problème dans le fait de vouloir connecter directement l'une puis l'autre des MCC sur l'accu ou la supercapa

Si on met une résistance en série avec chaque composant, cela peut "compenser" non? (et les moteurs ont déjà une résistance interne, cela ne suffit pas?)

Par ailleurs une connexion peut tout aussi bien provoquer une charge qu'une décharge... et pas forcément celle qu'on désire.

N'y a t-il pas un moyen de permettre au super condensateur, initialement déchargé, de se charger entièrement sans qu'elle ne se décharge entre temps? Lorsqu'on étudiait un circuit RC par exemple c'est ce qui se produisait.

Pour moi, le montage ne peut présente un intérêt que dans le cas où il serait possible de contrôler les tensions, soit en agissant sur l'excitation des MCC, soit en remplaçant les interrupteurs par des convertisseurs à découpage.

En ce qui concerne les convertisseurs à découpage, ça ne me semble pas réalisable à mon niveau. Comme je le dis plus haut, c'était ce que je pensais faire au début (d'ailleurs tu étais intervenu sur le sujet en question) mais n'ayant jamais réalisé l'électronique de commande d'un montage, j'ai préféré oublié.

Croyez-vous que je puisse réaliser un montage qui fonctionne avec les éléments que j'ai indiqué? Que faudrait-il ajouter pour qu'il soit viable?

[PA5CAL]

Le fait d'ajouter une résistance ou de compter sur la résistance interne des MCC ne règle le problème qu'en introduisant une perte d'énergie.


Pour comprendre ce qui se passe, tu peux considérer qu'une MCC à induction constante (à aimants permanents ou à excitation séparée) est équivalente à un condensateur C en série avec la résistance interne équivalente R.

La capacité du condensateur est proportionnelle au moment d'inertie J des masses mises en rotation, et la tension E à ses bornes est proportionnelle à la vitesse de rotation Ω de la MCC.

Avec un courant d'induit I, la tension aux bornes de la MCC est :



avec :



L'énergie emmagasinée par la MCC est :



ce qui donne au passage la valeur de la capacité équivalente :

[PA5CAL]

Dans cette hypothèse, et si l'on néglige les pertes mécaniques dans les MCC et le courant de fuite et la résistance interne de la supercapa, on peut considérer que l'opération se passe de la manière suivante :

On part avec les MCC à l'arrêt et la supercapa déchargée.

1. Le générateur de courant met la première MCC (a) en mouvement, ce qui équivaut à charger un condensateur C_a à courant constant I₁ au travers d'une résistance série R_a.

Si l'opération dure un temps t, la tension à vide finale de la la MCC (a) est :



ce qui correspond à une l'énergie emmagasinée :



L'énergie dissipée dans R_a durant cette phase est :




2. La première MCC (a) charge la supercapa C₁ au travers de R_a, jusqu'à ce que la tension à vide de la MCC s'équilibre avec la tension de la supercapa à une valeur :



Le courant de charge est une fonction exponentielle décroissante du temps, dont la constante de temps est :



L'énergie emmagasinée dans la supercapa est :



L'énergie dissipée dans R_a durant cette phase est :




3. La supercapa C₁ se décharge dans la seconde MCC (b) équivalente à un condensateur C_b avec une résistance série R_b, jusqu'à ce que la tension de la supercapa s'équilibre avec la tension à vide de la MCC à une valeur :



Le courant de charge est une fonction exponentielle décroissante du temps, dont la constante de temps est :



L'énergie dissipée dans R_b durant cette phase est :



L'énergie finalement récupérée par la seconde MCC (b) est :




Le bilan, c'est que le générateur de courant a produit une énergie :



et que la seconde MCC en récupère :



Le meilleur résultat est atteint lorsque C_a=C₁=C_b et R_a≈0. On récupère alors 6,25% de l'énergie produite...


Toutefois, les résultats sont différents si l'opération est répétée de façon cyclique, sans arrêt des MCC ni décharge de la supercapa entre les cycles.

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[invite527c3c2a]

Merci de ta réponse Pascal.
6,25% c'est effectivement très peu!
Je n'ai pas compris pourquoi tu modélises une MCC par un dipôle RC, en temps normal on considère plutôt R,L avec E fem de la MCC non?
Et dans cette hypothèse pourquoi ne considère t-on pas la tension aux bornes de ce "condensateur" dans la tension U aux bornes de la MCC ?

Est ce que rajouter des masses sur le moteur changerait quelque chose?

[PA5CAL]

en temps normal on considère plutôt R,L avec E fem de la MCC non?

Cette modélisation n'est valable que pour rendre compte d'un comportement quasi-instantané (de l'ordre d'une fraction de seconde) indépendamment de sa charge mécanique.

En revanche, le comportement d'une MCC à induction constante en situation réelle correspond plutôt à un cellule RC quand on considère des temps très longs (plusieurs secondes). Les effets de l'inductance sont alors négligeables, et la f.e.m. se comporte comme la tension aux bornes d'une capacité équivalente, qui n'est que la transcription électrique de l'accumulation de l'énergie mécanique de rotation.

Et dans cette hypothèse pourquoi ne considère t-on pas la tension aux bornes de ce "condensateur" dans la tension U aux bornes de la MCC ?

La tension E aux bornes du condensateur est la f.e.m. de la MCC. Pour avoir la tension U aux bornes de la MCC, il faut ajouter la chute de tension provoquée par le passage du courant d'induit dans la résistance interne.

C'est ce que j'ai transcrit dans le calcul.

Est ce que rajouter des masses sur le moteur changerait quelque chose?

Oui. Les masses tournantes liées au moteur interviennent dans le moment d'inertie J.

Plus ce moment d'inertie est important (du fait d'une augmentation des masses ou de leur éloignement par rapport à l'axe de rotation), plus la capacité équivalente augmente.

Pour pouvoir stocker une grande quantité d'énergie dans la MCC, on y attache un gros volant d'inertie.

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