redresseur faibles pertes ?

[verdifre]

bonsoir
dans le cadre d'un projet de construction de petite eolienne, je me rend compte qu'une part non negligeable de l'energie produite par l'alternateur est dissipée dans le redressement.
Ma question est donc, existe t'il des methodes (même complexes) qui permettent de s'affranchir des tensions de seuil des diodes
avec un alternateur 12 volts c'est au minimum 10% de la production qui part en chaleur.....

Un transistor Mos remplacant la diode serait pas mal, mais je ne vois pas comment le commander.

Si vous avez quelques idées sur la question, cela me plairait bien de les lire

Merci d'avance
fred
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[Grulou]

Salut,

Si je comprend bien, tu as un générateur alternatif sur ton héolienne et tu veux du continu en sortie, mais ton redresseur bouffe de trop...

Petite question, pourquoi tu ne mets pas une génératrice continue sur ton héolienne?

[jcr33]

Bonsoir,

Si tu souhaites du continu 12V c'est que tu recharge une batterie en 12v immédiatement .Place une seule diode
(courant monosens) qui est suffisant pour recharger , à ce moment là la chute est limitée à 0.6V dans la diode et tu tombes à moins de 5% de pertes de redressement.

Si tu n'as pas besoin de continu de suite mets un transfo
en 220v les pertes deviennent ridicule (mais il faut rajouter le rendement du transfo)

[PA5CAL]

Un transistor Mos remplacant la diode serait pas mal, mais je ne vois pas comment le commander.

Effectivement, la solution est dans l'emploi d'un pont redresseur commandé (bien qu'une génératrice continue serait quand-même mieux).

Le principe de la commande réside dans la détection du passage à zéro de la tension d'entrée, ou du courant dans le cas d'une charge inductive.

En revanche, il faut penser à faire un bilan des puissance en jeu pour voir si ça vaut le coup, car il est nécessaire d'alimenter le circuit de commande, et il y aura aussi des pertes au niveau des dispositifs de commutation.

[A voir en vidéo sur Futura]

[verdifre]

Bonjour,
La generatrice continu serait en theorie une bonne solution, mais elle à un collecteur tournant, des ballais etc... Donc finalement pas mal d'entretient. C'est une des multiples raisons pour les quelles elle n'a pas été retenue. (en automobile cela fait longtemps qu'elle à été abandonée). L'alternateur synchrone à aimants permanents ne comprend aucun ballai , c'est un gage de fiabilité.
Il est vrai qu'il est tentant d'augmenter la tension cela permet dre gagner un peu en rendement.
cependant de gagner un peu sur le rendement du redresseur reste en tous cas interessant.

(imaginez le nombre de litres d'essence économisée si les redresseurs des alternateurs de voiture avaient un peu moins de pertes !)

merci de vos reponses
fred

[invitef0503bf7]

L'alternateur synchrone à aimants permanents ne comprend aucun ballai , c'est un gage de fiabilité.

Un tel alternateur, avec sortie directe du redresseur sur la batterie a un gros inconvénient pour une éolienne: Le couple fournis par l'eolienne est fonction de caré de la vitesse du vent, et la vitesse de rotation est directement proportionel a la vitesse du vent. Du coté de l'alternateur, la tension est directement proportionel a la vitese de rotation, et le couple résistant, directement proportionel au courrant de sortie.
Quand l'alternateur va commencer a tourner asser vite pour charger la batterie, une faible augmentation de la vitesse va tres vite augmenter tres fort le courrant qu'il débite et donc sont couple résistant. Le couple résistant va donc augmenter beaucoup plus vite que le couple moteur de l'hélice, la forcant en sous régine et donc à un mauvais rendement.
La solution à ce problème est d'utilisé un hacheur entre le redresseur et la batterie pour limiter le couple résistant de l'alternateur. Cela va entrainer une augmentation de la tension redressée, et donc une diminution proportionel de la perte de rendement du redresseur...

Si la chose t'intéresse, je me suis fait un alternateur a aimant permanant, (les 1er photos de la version de test sont visible sur http://www.xvl.be/Alternateur/photos/ ). Sa particularité, c'est l'absence de fer dans le stator, cela réduit considérablement les pertes a vides (moin d'1/2 watt pour l'entrainé a 1500T/min)

PS: L'utilisation de diode schottky n'est pas un luxe..

[invitef0503bf7]

Petite question, pourquoi tu ne mets pas une génératrice continue sur ton héolienne?

Parce que, a ma connaissance, ces génératrice on un plus mauvais rendement encore qu'un alternateur et en redresseur

[verdifre]

Bonjour Xavier35
D'abord, trés belle réalisation, a tu vu les réalisations de hugg pigott ? http://www.scoraigwind.com/download/index.htm
qui fait des choses assez simillaires.
Je suis d'accord avec toi qu'il peut etre important de gerer le point de fonctionnement de l'ensemble eolienne/ alternateur. Mais 10 amperes qui passent dans une diode ca fait au minimum une perte de 7 watts et ces pertes la m'agacent vtraiment.
Il me semble que cela conduit à l'utilisation d'un redresseur piloté à base de mos. Le redresseur étant piloté il peut servir de hacheur.
Il reste à savoir comment le piloter !!!

Un alternateur de ce type peut facilement etre instrumenté afin de connaitre en permanence son angle (donc vitesse, acceleration etc...) Une solution serait alors de piloter les mos de puissance en fonction de l'angle de l'alternateur.
qu'en pensez vous ?

fred

[invitef0503bf7]

Il me semble que cela conduit à l'utilisation d'un redresseur piloté à base de mos. Le redresseur étant piloté il peut servir de hacheur.

Non, il ne peux pas servir de hacheur. Les MOSFET on "une diode inverse" d'asser piètre qualité. Quand le transistor est bloqué, elle va prendre le relais, avec une efficacité solidement diminué...

Mais il n'empeche qu'il doit être possible de faire un redresseur pas mal amélioré... J'imagine assez bien un système avec quelque opto coupleur en guise de comparateur, judicieusement placé entre les différente phase...

Sinon, toujours en triphasé, un petit redresseur clasique pour alimenter une série de vrais comparateurs devrait asser facilement permetre de séquencer les mosfet.

a tu vu les réalisations de hugg pigott ? http://www.scoraigwind.com/download/index.htm
qui fait des choses assez simillaires.

Non, j'ai pas encor vu. J'en était au gens qui rebobine des alternateur de voiture, sans qu'il ne comprenne bien les implications sur le point de fonctionement, et je pensse qu'il y a plus a gagner là... D'autant plus, comme je l'ai dis plus haut, que le pourcentage de perte du redresseur diminuera quand la puissance (et donc la tension) fournie va grimper. Par contre, c'est le rendement du hacheur qu'il faudra optimiser

[verdifre]

En y reflechissant un peu plus, un capteur a effet hall dans le centre d'une bobine de chaque phase peut permettre de connaitre la position du champ tournant.On peut alors exploiter la derivée de cette mesure pour commander le pont.
Qu'en pensez vous ?

[invitef0503bf7]

qui fait des choses assez simillaires.

De fait, c'est asser similaire... mais pas mal plus grand!
Les disques du mien font 100mm.

A part cela, j'ai pas encore détaillé tout, mais je ne vois pas "d'étude" sur le flux des aimants, or dans une tel réalisation, il varie fort avec l'écartement entre aimants. Plus l'écartement est fiable, plus le flux est grand, mais moins il y a de place pour mettre du cuivre. Au delà d'un certain écartement, le flux diminue plus vite que l'espace pour le cuivre n'augmente....Je compte mettre sur mon site une page qui permetra de calculer cela à peux pres correctement
Il semble aussi ne pas trop se soucier des "détails" sur le point de fonctionement de sa machine... Juste une commutation étoile/triangle. C'est simple, mais je ne crois pas que ce soit tres efficace

[invitef0503bf7]

En y reflechissant un peu plus, un capteur a effet hall dans le centre d'une bobine de chaque phase peut permettre de connaitre la position du champ tournant.On peut alors exploiter la derivée de cette mesure pour commander le pont.
Qu'en pensez vous ?

Que c'est inutilement compliqué. L'état de la tension de chaque phase donne la même information.

Trace le diagrame de trois sinusoïde déphasé de 120°, et superpose un diagrame 1/0 pour l'état de conduction des diodes du redresseur, tu vera vite la corélation.

Tient, une autre question: Tu utilise un alternateur a aimant permanant ou un alternateur à exitation (voiture)?

[verdifre]

Je n'utilise encore rien, j'en suis au niveau de l'etude. Mais il me semble évident que j'utiliserai un alternateur a aimants permanants.
les watts eoliens sont difficiles a obtenir je ne compte pas en gaspiller dans l'exitation.
le vitesse de rotation d'une eolienne est faible donc il me semble evident de partir sur un alternateur a grand nombre de poles. (avec entrainement direct sans pertes mecaniques maintenance etc...)
par contre chaque watt grapillé est le bienvenu. Il me semble plus facile et plus economique de grapillerr des watts sur la partie electrique (même si c'est complexe c'est fiable et reproductible) que sur la partie eolienne ou de multiples recherches ont ete faites.

fred

[verdifre]

entre gagner quelques % par un pas variable (cher compliqué peu fiable etc.....) et une electronique performante je prefere la seconde solution

[verdifre]

bonjour,
Aprés un peu de reflexion et quelques recherches sur le net.
Je reviens sur mon probleme de realisation d'une "bonne" diode ( tension de seuil trés faible)
peut on imaginer, un transistor de type fetmos dont les deux bornes serait reliées aux deux entrées d'un ampli op, la sortie de ce même ampli op commandant la porte de ce transistor.
Un gros inconvenient, il faut une alimentation auxiliaire pour l'ampli op. (idealement une alimentation symetrique referencée par rapport à une des bornes du transistor)
Un gros avantage plus de tension de seuil, il ne reste plus comme pertes que le rdson du transistor fetmos
dans le cas d'un pont triphasé les alimentations auxilliaires seraient referencées par rapport au + et au - en sortie de pont, ce qui fait qu'en définitive on a besoin que de 2 alimentations auxiliaires pour le pont complet.
il faudrait, je pense , prevoir une diode en parralelle sur le transistor afin d'assurer une securité.

fred

[invitef0503bf7]

Le plus simple, à mon avis, c'est de faire un pont redresseur composé des diodes d'opto coupleur, charger par un petit courant, et de récuperer sur le transistor de chaque optocoupleur le signal de comutation du mosfet correpondant.

[verdifre]

Bonsoir, j'avais envisgé cette solution qui à mon avis est adaptée si la charge du pont principal et la charge du pont de commande d'optocoupleurs réagissent de facon similaires.
Si à l'extreme , la charge du pont de puissance est capacitive (on en est proche dans le cas d'une charge de batterie) les temps de conduction des interrupteurs du pont doivent etre trés courts (voir nuls), uniquement l'extreme pointe de chaque sinusoide,.
alors qu'inversement si la charge n'est que resistive les temps de conduction seront de l'ordre de "120 deg"
donc, a moins de connaitre parfaitement les caracteristiques de la charge, c'est la charge qui doit piloter les mosfet, car dans le cas des mosfet le courant peut passer dans les deux sens.
le probleme n'est pas tout à fait le même que dans le cas d'un redressement commandé a thyristors ou le thyristor se desamorce a courant nul
dans le cas de transistors de puissance, ceux ci ne laissent passer le courant que dans un sens
bref, a mon sens , la commande ne peut pas etre tout a fait la même que dans le cas d'elements de puissance bipolaires

fred

[invitef0503bf7]

Il y a peux encore plus simple: Utiliser directement les jonction base-emeteur de transistor clasique (3 PNP et 3 NPN) comme pont redresseur, et recuperer sur leur collecteur le signal de commande des mosfet...

[invitef0503bf7]

dans le cas de transistors de puissance, ceux ci ne laissent passer le courant que dans un sens

Pas les MOSFET, et c'est justement "a l'envers" qu'il faut les utiliser, sinon la diodes intégrer dedans va faire un beau cour jus.

[verdifre]

le probleme , est je pense que la jonction va avoir un seuil de l'ordre de 0,6 volts (c'est une diode en fait) , et comme je desire travailler sans tension de seuil, ou avec une tension de seuil ridicule, cela risque de tourner en rond
a moins que je n'ai absolument pas compris ce que tu voulais dire

fred

[verdifre]

je suis parfaitement d'accord sur le fait de les employer a l'envers

ou a la rigueur d'en monter 2 tete beche pour s'affranchir de la diode (ce qui permettrait de faire du hachage mais ca devient usine a gaz)

[verdifre]

En continuant de cogiter un peu et en furetant sur le net, j'en arrive à la conclusion suivante
le pont triphasé doit etre constitué de 6 mosfet montés "à l'envers" afin de 1) beneficier de leur diode
2) ne pas faire de court circuit
eventuellement un dernier mosfet pour faire du hachage

ce qui veut dire que sur le circuit de puissance le courant passe par 3 mosfet.
irf3808 ----> rdson = 0,01 ohm
si on a un courant de 50 amperes la puissance dissipée est de
p= ri2 =0.01*2500 = 25 watts par transistor
pour une diode on serait au minimum a 75 watts. Donc a priori on peut reussir a faire au moins 3 fois mieux qu'une bonne diode de puissance. C'est quand même un gain qui est plus qu'interessant.

rdson variant avec la tension vgs on a interet à ce que les alims auxiliaires soient en "relativement " haute tension . obtenir des vgs de 15 à 20 volts peut etre interessant dans ce cas.
les commutations se faisant a courant faible, voir nul la vitesse de commutation n'est pas critique du moment qu'elle est grande devant la periode de la tension a redresser.

un alternateur 12v 50 amperes ca fait 600 watts
gagner 100 watts sur 600 c'est pas mal

fred

[verdifre]

bonjour,

xavier 35, je revient un peu sur la conception de ton alternateur.
Quelle serait l'influence, si l'un de tes deux demi rotors était composé non d'aimants mais d'une tole avec des poles saillants en acier doux ?

que pourrait on esperer en mettant des noyaux ferrites dans les bobines ?
j'ai eu quelques connaissances sur ces dommaines il y a longtemps, mais je ne retrouve plus mes cours et je doit bien reconnaitre que j'ai un peu de mal a me remettre aux maths

fred

[invitef0503bf7]

Quelle serait l'influence, si l'un de tes deux demi rotors était composé non d'aimants mais d'une tole avec des poles saillants en acier doux ?

Pas besoin de pôles saillant, un disque lisse conviendrait aussi.
Mais, il faudrait diminuer la distance qui le sépare des aimant d'en face pour que le flux magnétique reste à un niveau acceptable.
C'est l'épaisseur des aimants qui fixe la force magnétomotrice, et en mettre de chaque coté vise a doubler cette force.

que pourrait on esperer en mettant des noyaux ferrites dans les bobines ?

Une augmentation substantiel du flux circulant dans les bobines. Et la distance qui sépare les 2 demi rotor serait nettement moins problèmatique. En contre partie, on se retrouverait avec un alternateur auquel il faudrait fournir "un certain couple" pour le faire démarrer.

Il faudrait aussi revoir l'épaisseur et/ou le materiaux des disque pour éviter la saturation magnétique.
De plus, pour éviter la saturation de la ferrite, il lui faudrait une section appropriée (en gros, celle de l'aimant)
Avec la forme que j'ai donner aux bobine, la tension de sortie ressemble encore asser bien à une sinusoïde, mais en y mettant une férite de forme inapropriée, cela peux changer fort. Pas trop problématique pour un branchement en étoile, mais pour un branchement en traingle???

Dans mon cas, les aimants font 6,35mm (1/4 ") d'épaisseur, et les 2 demi rotor sont espacer de 12,5mm. Le flux qui "circule" entre les 2 demi rotor est a peux près à 45% de ce qu'il serait pour un aimant en "cour circuit magnétique". Avec un enterfer de l'ordre du milimêtre, le flux atteindrait un peu plus 90%. Il faudrait donc 2 fois moins de spires pour produire la même tension au même régime.
Pour info, mon alternateur (stator de 3*3bobine de 52 tours de fil de 0,85mm brancher en étoile) commence à charger une batterie de 12V au alentour de 750t/min et débite une bonne dizaine d'ampère vers les 1400t/min. A vide, il faut à peux pres un watt pour l'entrainer a 2500 t/min et les 3*52 spires de chaque phase ont une résistance de ~0,38ohms.

Un truc à amélioré, c'est l'écart entre les aimants sur un disque. Dans mon cas, il sont trop proche dans la partie centrale du disque et le flux passe en partie vers les aimants d'a coté au lieu de l'aimant d'en face.
Si j'avais fait des disque de 110 ou 120 mm au lieu de 100, j'aurrait pu un peux mieux profité de la masse des aimants (c'est quand même la partie cher de l'engin).

Pour le redresseur, ne serait il pas faisable de commander les gates des mosfet par un transfo de courrant dans le drain (ou dans la source)? Leur diode interne assurerait juste les 1er instants du redressement

[verdifre]

bonsoir,

pour commencer

Pour le redresseur, ne serait il pas faisable de commander les gates des mosfet par un transfo de courrant dans le drain (ou dans la source)? Leur diode interne assurerait juste les 1er instants du redressement

je trouve cette idée quasi parfaite, il faut encore y reflechir un peu , mais je ne vois pas ce qui pourrait coincer dans une telle réalisation.

pour l'application que j'envisage, la forme d'onde n'est à priori pas cruciale. par contre, augmenter le flux doit permettre par voie de consquence d'augmenter la section des fils de cuivre, donc de diminuer d'autant la resistance et les pertes par effet joule.

si j'ai bien compris, l'effet de la ferrite vient creer ce que l'on peut sentir sur les moteurs pas à pas , un "crantage de l'axe".
globalement ce crantage est t'il consommateur d'energie ?

je crois que cette discussion m'aide beaucoup pour voir ce que je desire faire.
- un alternateur "disque" avec noyaux de ferrite dans les bobines
- un montage etoile
- un redressement simple alternance par mosfet commandés par des transfos de courant


fred

[invitef0503bf7]

par contre, augmenter le flux doit permettre par voie de consquence d'augmenter la section des fils de cuivre,

L'augmentation de flux permet d'abord de diminuer le nombre de spires nécessaire pour prouduire la tension désiré a un régime donné.

globalement ce crantage est t'il consommateur d'energie ?

Oui, ce sont les pertes par hystérésis dans la ferite (asser failble à ces fréquence), plus des pertes par courant de foucault dans les disques du rotor.

Si tu prend un moteur "brushless" et que tu lance la cloche de la même façon avec et sans le stator dedans, tu vera tout de suite le changement dans le temps pendant lequel il va tourner.

Dans mon alternateur, le flux ne varie pratiquement pas, par contre, une fois indroduit la férite, le flux peux varier asser fort entre la position "aimants devant ferite" et "aimants entre 2 ferite", Comme le "retour de flux" se fait à travers les disques, s'il ne sont pas feuilleté (et dans le bon sens), ils vont être le siège de courrant de foucault.
Dans mon alternateur, si je place une règle d'alu de 10x1,5mm à la place du stator, elle devient tres vite tres chaude! Le chauffage par induction, cela marche pas mal...
Maintenant, prévoir le niveaux de ces pertes est une autre histoire!

Dans un alternateur de voiture, les bobines des 3 phases se chevauche, et, du coup, les encoches sont suffisament petite et nombreuse par raport aux poles du rotor pour limiter la variation de flux dans le rotor.

[verdifre]

Bonjour,

je vais essayer de faire un petit montage de test avec un transfo de courant. Pour réaliser le transfo de courant j'ai ouvert unes vielle alim de pc (HS), elle est pleine de tores de ferrite déja bobinés, cela me permettra de faire un essai rapide afin d'avoir une idée du nombre de spires qu'il me faudra.
Je compte faire l'essai avec un montage en redressement simple alternance , d'abord sur une charge résistive, si c'est concluant , sur une charge capacitive.

Je me pose peut etre des questions metaphysiques, mais le courant mesuré par le transfo de courant est un courant continu pulsé.
De ce que je crois, la tension (continue) moyenne en sortie de transfo doit etre nulle, donc mon transfo de courant mesure t'il le courant ou la dérivée du courant ?

fred

[verdifre]

Je revient un peu sur la conception de ton alternateur,
si je calcule bien 0,38 ohms / phase sous 10 amperes cela fait une dissipation de 38 watts, ca doit faire pas loin de 20 % pertes par effet joule.
Si un redressement sans pertes permet de gagner 10 % sur la tension, on a besoin de 10% de moins de spires, on passe donc a une resistance de 0,34 ohms donc a 10 amperes on a plus que 34 watts perdus
si on reste a volume de cuivre constant, on peut augmenter la section du fil de 10 % -----> on arrive donc à 0,3 ohms par phase
et on gagne encore 4 watts

donc dans les mêmes conditions on passerai d'une perte de 20 % à une perte de 15 %

10 % de spires en moins permettrait aussi de reduire l'entrefer, reduire l'entrefer permettrai de reduire le nombre de spires et d'augmenter la section, cela me semblerai tomber dans un cercle vertueux, je me trompe ?
je me rend compte que l'optimisation du rendement de l'alternateur peut apporter beaucoup.

fred

[invite4ce7f495]

bonjour à tous, a tu pensé à des diodes shottky (faible tension seuil) ou peut être que je n'est rien compris (je vous avoue que je n'est pas tout lus dans ce post).
cordialment.

[verdifre]

bonjour,
les diodes scotky c'est pas mal (environ deux fois mieux qu'une diode normale) mais je voudrais avoir encore mieux.
Pour te donner un exemple, j'ai fait un petit calcul rapide qui me dit que si les diodes de redressement de mon alternateur de voiture était parfaites, je gagnerai deux pleins sur la durée de vie de ma voiture. Pour une petite eolienne c'est encore plus interessant
Pour moi, ca vaut le coup de se pencher sur le probleme

fred