Mesure de puissance électrique d'un générateur hydro-électrique

[invite74b5fce6]

Bonjour,

Je souhaite mesurer la puissance fournie par une mini-turbine hydro-electrique d'environs 4watt pour 5v maximum reliée à une batterie li-ion (que la turbine charge lorsqu'elle est en mouvement) en fonction de la vitesse de l'eau qui le traverse.

Pour ce faire j'ai prévu de mettre en serie sur le fil Vcc entre cette bobine et la batterie un module electronique (arduino+capteur de courant mais on pourra l'appeler multimetre vu qu'il reproduit je pense le meme principe).
Lorsque la turbine tourne alors que la batterie était vide au départ j'imagine que à travers le Vcc il passera le maximum de courant possible et là on peut bien mesurer correctement la puissance fourni par la turbine en fonction de la vitesse de l'eau sans aucune atténuation. Par contre lorsque la batterie est pleine, j'imagine qu'il ya peut etre moyen de toujours connaitre la tension en provenance de la turbine mais qu'en est t-il du courrant vu que la batterie ne "demande" plus rien et que dailleurs cette batterie comme beaucoup de batterie li-ion est équipée d'un circuit de protection contre les surcharges comme beaucoup de batterie li-ion ?

Si on décide de placer le multimetre en paralelle entre les deux bornes de la turbine(et de la batterie) est ce qu'il ya pas de risque pour la turbine avec ce court-circuit? Est ce que la batterie ne risque pas de se décharger sur la turbine? est qu'il risque pas d'y avoir des pertes (qui fausseront la mesure) avec ce montage si dans la turbine il y'avait des protections built-in (comme diodes, etc...).

Merci d'avance
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[penthode]

as-tu appris un peu de physique ?

on ne branche JAMAIS un ampèremètre en // sur une source !

[PA5CAL]

Bonsoir

Je crois comprendre, d'après la description, que la batterie est directement branchée sur la génératrice (je fais l'hypothèse qu'il s'agit bien d'une génératrice à courant continu, et non pas d'un alternateur). Si tel est le cas, alors la batterie se déchargera dans la génératrice, la faisant fonctionner en moteur, dès que la vitesse d'entraînement de la turbine (dont dépend la tension) deviendra trop faible.

De plus, d'une manière générale, les batteries Li-ion ne s'utilisent pas n'importe comment. Ce sont de véritables bombes, qui peuvent provoquer des accidents graves si elles sont maltraitées ou présentent un défaut. En particulier, indépendamment de la source d'énergie qui les alimente, elles nécessitent un véritable chargeur, destiné à garantir à la fois leur bonne durée de vie et leur sécurité (de même que celle des biens et des personnes environnants). En particulier, le courant de charge et la tension doivent être contrôlés, et la recharge ne doit pas survenir si les conditions nécessaires de température et de tension ne sont pas réunies.

Pour de plus amples informations sur le sujet, je conseille de lire les réponses de HULK28 dans le sujet épinglé visible par ici.


Une fois le circuit de recharge correctement conçu et branché, la mesure de puissance de la génératrice en fonctionnement pourra être réalisée à l'aide d'un wattmètre, ou bien de l'association d'un capteur de tension, d'un capteur de courant et d'un circuit réalisant la moyenne du produit instantané des valeurs mesurées.

[BLI06]

Bonjour
Tout cela est bien compliqué...
Mesure puissance génératrice : brancher à ses bornes une résistance de 100ohm
mesurer U ,la puissance fournie sera P=UxU/100
Est ce suffisant ?
Cdt

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite74b5fce6]

Bonjour, en effet c'est une pratique interdite de brancher en // un ampéremétre avec une source mais j'ai pensé reproduire ainsi un montage similaire à celui pour la mesure du courant en circuit-fermé comme avec les panneaux solaires. Pouvez vous justement m'éclairer la dessus davantage svp

[invite74b5fce6]

@pa5cal
Bonjour merci pour cette réponse.

En effet c'est une génératrice à courant continu. Pour les batteries lithium en effet j'ai prévu d'utiliser des batteries avec un circuit de protection à l'intérieur (et éventuellement un module de charge, j'aurai du le préciser mais j'ai pensé que cela ne changeait au rien au principe).

Par rapport au wattmétre (l’ampèremètre en particulier) mon probléme est justement de savoir comment faire le branchement. Si je le fais "normalement" en le mettant en série sur la borne Vcc reliant la turbine à la batterie (avec un module de charge comme intermédiaire) dès l'instant que la batterie sera pleine je ne suis pas sure que le courant qui traversait cette borne sera toujours aussi représentative de la puissance que génère la turbine (même si elle tourne toujours à la même vitesse). C'est le point sur lequel je bute.

[invite74b5fce6]

Bonjour BLI06,
Merci pour cette information.
Justement le capteur que je compte utiliser a un shunt de 100ohm (c'est le INA219, je ne voudrzais pas mettre de publicité en mettant un lien commercial) donc vous me suggérer de brancher le "Vin-" et "Vin+" de ce module en paralelle dans le circuit turbine-batterie?

[antek]

Si je le fais "normalement" en le mettant en série sur la borne Vcc reliant la turbine à la batterie (avec un module de charge comme intermédiaire) dès l'instant que la batterie sera pleine je ne suis pas sure que le courant qui traversait cette borne sera toujours aussi représentative de la puissance que génère la turbine (même si elle tourne toujours à la même vitesse).

Ben si, quand l'accu est plein la turbine fournit très peu de puissance.

[antek]

Justement le capteur que je compte utiliser a un shunt de 100ohm (c'est le INA219, je ne voudrzais pas mettre de publicité en mettant un lien commercial) donc vous me suggérer de brancher le "Vin-" et "Vin+" de ce module en paralelle dans le circuit turbine-batterie?

Pour la 100 ohm j'ai un doute . . .

Quelle puissance veux-tu mesurer ?
Tu veux tracer la courbe Pmax=f(débit), connaitre la puissance max, la puissance à un instant donné, . . . ?

[PA5CAL]

Tout cela est bien compliqué...
Mesure puissance génératrice : brancher à ses bornes une résistance de 100ohm
mesurer U ,la puissance fournie sera P=UxU/100

Et brancher la génératrice sur une résistance différente mènera à mesurer une puissance différente. Avec une résistance de 10Ω, on aura P'=U'×U'/10, avec P' différente de P, mais aussi U' différente de U.

Si c'est bien la puissance de la génératrice qu'on souhaite mesurer, alors il faut la faire travailler en situation réelle. Et le résultat variera en fonction des conditions de fonctionnement.

j'ai pensé reproduire ainsi un montage similaire à celui pour la mesure du courant en circuit-fermé comme avec les panneaux solaires.

Les panneaux solaires sont bien une source de courant, mais ils ont un très mauvais rendement (moins de 20%) et l'énergie perdue peut être évacuée grâce à leur grande surface de dissipation. Passer à 0% de rendement en les mettant en court-circuit ne fait pas une différence énorme (quoique cela puisse réduire leur durée de vie, à la longue).

Pour la génératrice, le rendement est beaucoup plus élevé et la surface de dissipation beaucoup plus faible. Un fonctionnement en court-circuit pourrait finir par l'endommager.

Quant à mettre la batterie en court-circuit, n'en parlons même pas !

Pour les batteries lithium en effet j'ai prévu d'utiliser des batteries avec un circuit de protection à l'intérieur (et éventuellement un module de charge, j'aurai du le préciser mais j'ai pensé que cela ne changeait au rien au principe).

Le module de protection ne sert qu'à tenter d'éviter la catastrophe en cas d'incident. Il ne doit pas être sollicité en utilisation normale, ne serait-ce que parce que qu'on n'a aucune garantie qu'il fonctionnera bien comme prévu, ni à plusieurs reprises. La pratique a prouvé que parfois le circuit était défaillant. (Et le fait que les batteries Li-ion proviennent parfois de constructeurs qui ne les testent même pas et ont une production de médiocre qualité n'arrange pas les choses.)

Le chargeur va bien évidemment modifier dans de grandes proportions le courant tiré sur la génératrice, puisque ce dernier va dépendre de l'état de charge de la batterie. Et si le chargeur autorise à alimenter un circuit extérieur durant la charge, alors la puissance tirée sur la génératrice dépendra également de la consommation de ce circuit.

De plus, l'efficacité du transfert de puissance du flux d'eau (mécanique) vers la batterie (électrique) sera plus ou moins grande selon le fonctionnement du chargeur, puisque cela modifie le régime, et donc le rendement, de la génératrice et de la turbine, mais également du chargeur lui-même.

Par rapport au wattmétre (l’ampèremètre en particulier) mon probléme est justement de savoir comment faire le branchement. Si je le fais "normalement" en le mettant en série sur la borne Vcc reliant la turbine à la batterie (avec un module de charge comme intermédiaire) dès l'instant que la batterie sera pleine je ne suis pas sure que le courant qui traversait cette borne sera toujours aussi représentative de la puissance que génère la turbine (même si elle tourne toujours à la même vitesse). C'est le point sur lequel je bute.

Avant toute chose, il est important de savoir quelle puissance tu souhaites mesurer. En effet, dans ton système, on peut en distinguer une multitude, chacune évoluant selon le contexte.

Et la réponse doit pouvoir être motivée par la finalité réelle et précise de cette mesure.

[invite74b5fce6]

Tu veux tracer la courbe Pmax=f(débit), connaitre la puissance max, la puissance à un instant donné, . . . ?

En effet antek c'est ça que je veux faire

[antek]

En effet antek c'est ça que je veux faire

Si tu ne dis pas exactement ce que tu veux faire (et éventuellement pourquoi . . .) on va continuer à patauger . . .

Tu abondes pour 3 propositions, laquelle est la bonne ?

[invite74b5fce6]

Merci PA5CAL pour ces informations.

En faites je veux tracer la courbe Pmax=f(débit), connaitre la puissance max, la puissance à un instant donné tout en chargeant la batterie du microcontroleur qui enregistre ces valeurs . La puissance étant "épargnée" de toute pertes ou effets parasites pour etre la plus fidéle possible au débit à tout moment.

[PA5CAL]

Pour les branchements, le capteur de courant sera inséré en série entre le producteur et le consommateur de puissance, et le capteur de tension sera branché en parallèle avec une borne reliée au point de mesure du capteur de courant.

La puissance instantanée transmise en ce point correspond au produit de la valeur instantanée la tension et de la valeur instantanée du courant.

La puissance moyenne est égale à la moyenne de la puissance instantanée dans le temps ... et non pas au produit de la valeur moyenne la tension et de la valeur moyenne du courant, a priori. Il faut par exemple que la tension soit parfaitement continue et stabilisée (sans ondulation) au point de mesure pour que la puissance moyenne soit égale au produit de la valeur cette tension et de la valeur moyenne du courant.

Par ailleurs, les appareils de mesure ne doivent pas modifier l'état de fonctionnement du système. Notamment, insérer un shunt d'une valeur relativement trop grande dans le circuit peut altérer les résultats (en particulier, si ce shunt est inséré entre la batterie et le chargeur, ce dernier risque de ne pas fonctionner correctement).

[PA5CAL]

je veux tracer la courbe Pmax=f(débit), connaitre la puissance max, la puissance à un instant donné tout en chargeant la batterie du microcontroleur qui enregistre ces valeurs .

Comme, en plus du débit, la puissance électrique produite par la génératrice dépend également de l'état de charge de la batterie et de la consommation du système à micro-contrôleur, il paraît difficile d'établir une simple courbe. Les résultats sont, au moins, à deux dimensions. On pourrait en revanche enregistrer l'évolution de cette puissance en fonction du débit d'eau et du courant consommé à la sortie de la génératrice.

Après, si la finalité est de connaître ensuite le débit à partir de la puissance consommée, alors il faudrait envisager de réaliser un montage qui produise rapidement un plus large éventail de conditions de fonctionnement pour obtenir un nombre suffisant de valeurs, par exemple en ajoutant une charge résistive réglable à la sortie de la génératrice, après le wattmètre.

[invite74b5fce6]

Bonjour PA5CAL merci pour ces infos,

Après, si la finalité est de connaître ensuite le débit à partir de la puissance consommée, alors il faudrait envisager de réaliser un montage qui produise rapidement un plus large éventail de conditions de fonctionnement pour obtenir un nombre suffisant de valeurs, par exemple en ajoutant une charge résistive réglable à la sortie de la génératrice, après le wattmètre.

Cette charge résistive, elle ne risquerait pas de décharger la batterie lorsque la turbine n'est pas en mouvement ?

[PA5CAL]

Il faudrait connaître la finalité.


Si le but est d'obtenir des relevés de caractéristiques, alors il est probablement utile de consommer une partie de l'énergie de la batterie pour les obtenir dans certaines situations.

Si le but est de produire de maximum d'énergie et de mesurer accessoirement la puissance produite par la génératrice, alors il faut déjà que ces mesures aient une réelle utilité, et dans dans ce cas les mesures réalisées ne correspondront qu'à un nombre très restreint de situations.


Bref, c'est pour réaliser une étude sur un système en développement, un indicateur de fonctionnement d'une installation en exploitation, ou autre chose ?

Ce qui est sûr, ce qu'il y a peu de chances qu'on puisse tout faire en même temps.