Moteur asynchr converti en altern. à aimants : détails en images de l'expérience

[barbouilleur]

Bonjour à tous

Il y a 1 an, j'avais soulevé la question du mode d'intégration d'aimant permanents sur un rotor de moteur asynchrone (le transformant donc un alternateur synchrone).
Voir ce topic, tout y est clairement exposé :

http://forums.futura-sciences.com/te...-eolienne.html

J'ai donc fini par franchir le pas et tenter l'expérience ; en choisissant la seule méthode qu'il me soit possible de réaliser moi-même de A à Z sans faire faire la moindre étape, et à moindre coût d'aimants & de matériaux.
Ma question aux initiés viendra à la fin de ce petit exposé

Le cobaye : moteur asynchrone (cage d'écureuil) 200W 220V monophasé, bobinages 2/3(principal) 1/3(auxiliaire) ; 1350 t/m Méthode : schéma n°2 (du topic cité plus haut) : réduction du diamètre du rotor, pôles composés de plusieurs aimants barreaux juxtaposés, & fretage à la fibre de verre + résine de polyester.
Donne en synchrone 1500 t/m, donc 2 paires de pôles.

Je joins ici quelques photos des étapes de cette transformation on ne peut plus artisanale.

Photo 1 : tour d'usinage improvisé, le flasque arrière du moteur servant de tour avec son roulement à billes, le rotor étant mu par une perceuse électrique. Rabotage lent & minutieux avec une dent en carbure de tungstène de scie circulaire (enveloppée dans un chiffon pour ne pas se blesser) Artisanal, 'z'étiez prévenus !
Les mesures & essayages sont fréquents...

Photo 2 : collage à l'epoxy pr métaux du 1er aimant de chaque pôle, à 90° exactement. Jusque là c presque trop facile.

Photo 3 : Collage (au contact du 1er) du 2e aimant de chaque pôle. Ici ça devient super galère : la répulsion des 2 aim. est si forte qu'il est impossible de maintenir le nouveau venu aux doigts le temps de la prise de la colle !
La solution : dériver le flux du 1er aim. en place en la canalisant dans une grosse pièce de fer ou d'acier (les 2 grosses plaques sur la photo ne sont pas de trop pour le flux dément de ces N42 !)
A partir de là, le nouvel aim. peut être approché & maintenu aisément.

Autre galère : le placement & le retrait des plaques de dériva° est très dur est délicat car celles-ci peuvent arracher l'aim. en place (c'est arrivé 2 fois).
De plus elles sont attirées par le pôle voisin.... d'où la chausette pour caler en douceur)

Photo 4 : Les pôles sont terminés. Un 4e barreau par pôle pourrait être placé (bien que péniblement) mais j'ai préféré conserver une surface nue du rotor pour y solidariser le frettage plus tard.
A noter : je n'ai pas voulu couper les aim. qui dépassent donc de 5 mm à chaque extremité. Pour en canaliser le flux, j'ai improvisé une carcasse sous-jascente avec des lames d'un noyau de transfo, courbées & collées.
J'espèrais que ça induirai, si peu soit-il, le 1/2 cm de cuivre qui sort immédiatement des dents de fer du stator.

Photo 5 : Très long à réaliser à cause des temps de solidification de la résine polyester, et des étapes compliquées afin de tendre au maximum la fibre de verre
Satisfaisant, semble t-il pour du 1500 t/m. Pour une machine de 3000tr/m il faudrait renforcer encore, par des vis profondément plantées dans le rotor.

Photo 6 (au post suivant) : Rotor placé dans son stator. L'entrefer est satisfaisant (grâce à beaucoup de précision & de patience... et pas mal de chance ! )

Banc d'essai.
Entrainement : perceuse 550W.
Variateur de vitesse 350 tr/m (position 1) à 2750 tr/m (pos.7).
=> pos.4 : 1200 tr/m env.
=> pos.5 : 1720 tr/m env.
=> donc pos. 4 2/3 : 1500 tr/m env.

Tensions obtenues :
Bobine Principale : 230V env. à pos.4 2/3
Bobine auxiliaire : 230V env. à pos.4 1/2
2 bobines en biphasé : 240V env. à pos.4

Satisfaction car je m'attendais à obtenir 230V à des vitesses nettement supérieures (genre seulement 200V à 1500t/m) à cause des pertes cuivre-fer (prises en compte dans la conception des véritables alternateurs 230V).

Bonne illustra° du fait que la bob. auxiliaire de fil plus fin que la bob. principale génère tension égale à vitesse moindre.

La tension composée en bi-phasé semble intéressante à priori. Mais l'est-elle vraiment dans ce cas ?
Question aux initiés: y a t-il un effet pervers à ce que les 2 bobines soient désequilibrées (bien que de même tension) qui rendrait préférable l'usage des bob. indépendantes l'une de l'autre ?

Bref, pour ce moteur mono converti, le biphasé est-il recommandé ?

Merci beaucoup.......
-----

[barbouilleur]

Photo 6 : rotor dans son stator.

Et machine refermée.

[BOB92]

Bonjour

Tout d'abord, bravo pour cette réalisation , et sa description.

un détail manque peut-être : une coupe sectorielle , à l'échelle , montrant les dents du stator, le rotor ré-usiné , les aimants montés en surface , pour en apprécier l'entrefer et le passage des flux magnétiques .


Quant à laé questioj posée, il n'(y a pas de réponse ... car tu n'indiques rien en ce qui concerne sa gamme de vitesse d'utilisation, et l'usage de l'énergie ( utilisation directe ou stockage en accumulateurs ) . Il y a sujet à méditer sur le problème.

Par contre, tu sembles n'avoir fait qu'un essai à vide , en fonction de la vitesse ...
S'agissant d'un moteur de 200 W , tu devrais faire un essai sur des charges résuistive d'environ 50 et 100 W ( anciennes lampes à incandescence ), et relzever ainsi la courbe :
U = fonction de la vitesse pour charge nulle , 50 W , et 100 W .
(tu peux prendre 60 et 150 W si c'est plus facile).
et ceci, bien évidelmment pour les 2 enroulements ( 1 aprés l'autre ).

il sera facile ensuite d'en définir les possibilités optimum d'utilisation.

Cordialement

[barbouilleur]

Merci BOB92
Maintenant, je sais ce qu'il me reste à faire.

Initialement, les photos étaient pour mes archives ; je ne pensais pas les déposer ici. il y en a donc peu.

Dans tout mon barratin, j'ai effectivement omis de préciser ceci : mesure réalisée en charge sur ampoule incandesc. 75W puis sur résistance chauffante 100w.
Le potentiometre de la perceuse n'est pas d'une extrême précision... mais grosso modo les résultats paraissent identiques (faut reconnaitre que les puissances sont assez proches)

Bobine Principale : 230V env. à env 1500t/m
Bobine auxiliaire : 230V env. à env 1350t/m
2 bobines en biphasé : 240V env. à env 1200t/m

Je vais encore pousser les tests.

Cet altern. et les éventuels autres à venir seraient destinés à alimenter exclusivement & directement une résistance chauffante. Le stockage batterie ne m'intéresse pas.

Il est clair que la surface des pôles est loin d'être idéale avec ses multiples facettes d'aimants, l'espacement entre elles, & quelques imperfec° à leur collage (photo 4)

Satisfaisant pour un bleu comme moi, mais tout de même, une méthode médiocre non optimisée, & à la hauteur de son faible coût.....
L'avenir nous dira si elle atteint mes espérances malgré tout.

Encore merci et a+

[A voir en vidéo sur Futura]

[chatelot16]

tu a un sacré coup de chance de tomber pile sur la bonne tension !

si tes aimant etait trop puissant tu obtiendrait 220v a une vitesse plus basse , et a la vitesse normale ca saturerait lamentablement avec grosse perte de puissance

si tes aimant etaient trop faible tu devrait tourner plus vite pour avoir 220v

mesure interessante a faire : courbe vitesse tension a vide : tant que la courbe est lineaire ca n'est pas saturé : quand la courbe s'arondit c'est que ca sature et que le rendement devient mauvais

[BOB92]

Bonjour

Bobine Principale : 230V env. à env 1500t/m
Bobine auxiliaire : 230V env. à env 1350t/m
2 bobines en biphasé : 240V env. à env 1200t/m

Qu'appelles-tu 2 bobines en biphasé ? (car ce sont 2 bobines différentes ).


Si tu veux alimenter une résistance chauffante, (230V ) je suppose, et si la fréquence 50Hz n'est pas à respecter, tu pourras certainement transférer de l'énergie ....
Quand à optimiser ce transfert, ce sera autre chose ..car tout va dépendre aussi de la zone de fonctionnement vitesse de ta machine.
Mais on pourra voir ultérieurement.

Cordialement

[barbouilleur]

Qu'appelles-tu 2 bobines en biphasé ? (car ce sont 2 bobines différentes ).

Ce "biphasé" est concrètement le branchement de 2 bob. ,
leurs entrées étant reliées (comme l'étoile triphasé) et les 2 sorties utilisées comme phases.
En revanche, il me semble que les 2 signaux ne sont pas décalés de 180° (vrai signal biph.) mais de 90° (pour seulement ces 2 signaux là où il en faudrait théoriquement 4 (4x90°=360°).
(voir mon schéma, j'espère qu'il est juste)

Pas l'idéal en effet, mais efficace tout de même ; mon test la démontré :

Bobine Principale : 230V env. à env 1500t/m
Bobine auxiliaire : 230V env. à env 1350t/m
2 bobines en biphasé : 240V env. à env 1200t/m

A partir de là, quels effets indésirables sur l'intensité du courant ? Peut-être aucun ? Les tests le diront peut-être.

Merci Chatelot. J'essaierai de tracer une courbe de tension à vide.

[chatelot16]

si tu veux tirer la puissance maximum , utilise separément les 2 bobinage : met par example 2/3 de la puissance sur le bobinage principal , et 1/3 sur l'autre

[richard 31]

bonjour,
bravo pour la réalisation,
ce système me renvoie,
vers un système existant en plus sophistiqué et inverse,
je ne sais si vous le connaissez
il s'agit en fait d'un moteur inverter,

dont le rotor est autour des enroulements "statoriques au nombre de 36",
par contre,
je ne me souviens plus du nombres d'aimants qui sont sur la flasque entourant les stators,
la fabrication est coréenne et équipe des laves linges,
le moteur étant en prise directe sur l'axe tambour,
il est fort possible que cela soit connu par quelques uns d'entre vous

[polo974]

Ce "biphasé" est concrètement le branchement de 2 bob. ,
leurs entrées étant reliées (comme l'étoile triphasé) et les 2 sorties utilisées comme phases.
En revanche, il me semble que les 2 signaux ne sont pas décalés de 180° (vrai signal biph.) mais de 90° (pour seulement ces 2 signaux là où il en faudrait théoriquement 4 (4x90°=360°).
...

Non, il faut bien 90° entre les 2 phases
le max de puissance, c'est quand la courbe est loin du 0, donc déphasé de 90°, c'est chaque bobine son tour, tous les 90°...
Es-tu sûr du rapport 1/3 2/3 des stators, si c'est le cas, c'est uniquement en courant?

@richard:
il y a aussi des gars qui ont fait des gégènes (toujours pour éolienne) avec le rotor en externe, en utilisant un tambour de frein comme logement pour les aimants; et comme stator, je crois un rotor bobiné fixé à demeure...
l'intérêt était que la force centrifuge ne risquait pas de décoller les aimants...

[chatelot16]

En revanche, il me semble que les 2 signaux ne sont pas décalés de 180° (vrai signal biph.) mais de 90° (pour seulement ces 2 signaux là où il en faudrait théoriquement 4 (4x90°=360°).

pourquoi voudrait tu que le biphasé soit a 180° ?

deux signaux a 180° c'est le meme juste inversé ... sans aucun interet ... pas moyen de faire un champs tournant avec ca

le biphasé qui a été utilisé en distribution d'energie etait bien 2 phase a 90°

[barbouilleur]

Merci à tous

........ quel casse-tête pour un non-initié comme moi

C'est cet extrait d'un document de "Moulinette" (voir la pièce jointe) qui m'a fait conclure à 2 sinus exactement inversés.
La bob. auxiliaire est physiquement décalée de 45° par rapport à la principale. Une petite simulation par dessins m'avait permis de tracer le schéma plus haut.
Je me suis donc planté en beauté dans la compréhension des rapports angulaires. Oui vous pouvez rire....

Je vais m'en tenir à vos explications. Merci

Cette histoire de "biphasé" est de toute façon sans grand intéret : les projets futurs seront d'intégrer des aimants permanants soit à 1 moteur asynchr. triphasé récupéré gratis, soit à un vrai alternateur 230V pur monophasé.....ou ne seront pas.

Es-tu sûr du rapport 1/3 2/3 des stators

sur les 24 encoches du stator, 16 (2 sur 3) sont occupées par la bob. principale, et 8 (1 sur 3) par l'auxiliaire.

A bientôt pour les mesures complémentaires

[polo974]

...
C'est cet extrait d'un document de "Moulinette" (voir la pièce jointe) qui m'a fait conclure à 2 sinus exactement inversés.
...
A bientôt pour les mesures complémentaires

Comme quoi on trouve de tout sur internet, (et pas toujours le plus juste)...

[chatelot16]

il faut faire attention avec le vocabulaire : il y a des domaine ou l'on utilise des mot avec un sens diferent !

dans les alternateurs 12v automobile il y a bien eu des alternateur dit biphasé a 2 diodes seulement : pour un chargeur de batterie on appele ca redresseur va et vient , au lieu de 4 diode en pont et un seul bobinage , il y avait 2 diode et 2 bobinage

donc le mot biphasé est bien utilisé dans 2 sens different !

c'est un peu comme hexaphasé ce n'est qu'une histoire de redresseur

[BOB92]

Bonjour

Effectivement, pourquoi parler de diphasé ou de biphasé ... qui sont deux choses différentes .
Et cette machine n'a rien à voir avec un alternateur de véhicule automobile..

La machine de base était un Moteur Asynchrone Monophasé 230 V 50 Hz. Elle a été conçue suivant le principe 1/3 2/3 , c'est à dire l'enroulement principal occupant les 2/3 des encoches , et l'enroulement secondaire , occupant 1/3 des encoches , et donc en fil plus fin. Ces enroulement sont décalés de 90°.
L'enroulement secondaire était destiné à être alimenté, en série avec un "condensateur permanent" sous 230 V ( c'est ce condensateur qui permettait ainsi un déphasage d'environ 90° , pour permettre de se rapprocher d'une alimentation diphasée (90°) afin d'assurer un couple optimum.


Dans le cas présent , pour assurer le meilleur rendement de cet alternateur synchrone, deux solutions s'offrent :
- Utiliser et charger séparément les 2 bobinages ( 1/3 et 2/3 ), comme indiqué par Chatelot16,
- Remettre un condensateur permanent ( même valeur que celui préconisé sur la plaque) , ce qui permettra une charge monophasé se répartissant en phase et en énergie sur les deux bobinages (même répartition que lors du fonctionnement en moteur monophasé).

Cordialement

[barbouilleur]

En pièce jointe, les courbes de tensions à vide.
Impossible de connaitre les vitesses de saturation car ma perceuse ne dépasse pas les 2750 t/m
En dessous de 900 t/m, le voltmètre n'afiche aucune valeur stable (à cause de la fréquence trop basse, j'imagine ?)
Son calibre maxi est de 500v (il a pu indiquer 590v à 2234 tm mais c'était sa limite), donc tension "biphasée" à 2750tm inconnue.

- Remettre un condensateur permanent ( même valeur que celui préconisé sur la plaque) , ce qui permettra une charge monophasé se répartissant en phase et en énergie sur les deux bobinages (même répartition que lors du fonctionnement en moteur monophasé).

Compris. Merci BOB92. Je vais sans doute choisir cette option ; j'ai toujours les condos de ces vieux moulins dans un coin.

A plus

[Tropique]

En pièce jointe, les courbes de tensions à vide.
Impossible de connaitre les vitesses de saturation car ma perceuse ne dépasse pas les 2750 t/m

Il ne peut pas y avoir de saturation. Tout au plus, pour les vitesses très élevées il y aura-t-il un infléchissement de la courbe à cause des courants de Foucault; et aussi en charge à cause de l'augmentation de l'impédance liée à la fréquence.
Il y aura probablement des soucis côté mécanique avant que ces effets ne deviennent sensibles.

Compris. Merci BOB92. Je vais sans doute choisir cette option ; j'ai toujours les condos de ces vieux moulins dans un coin.

Si tu as la possibilité de charger chaque enroulement séparément, tu auras un meilleur rendement qu'avec le condensateur.

[chatelot16]

je t'ai dit une betise avec mon histoire de saturation !

la saturation arrive quand on augmente la tension a vitesse constante en augmentant l'exitation , donc avec un rotor bobiné

en augmentant la frequence , ca augmente la tension de saturation dans la meme proportion donc ca ne sature pas plus

en general avec un moteur asynchrone de qualité moyenne qui chauffe pas mal en moteur , il est incapable de faire du 220v en alternateur : il faut faire un peu moins pour ne pas saturer

mais ton moteur semble assez gros pour une faible puissance donc doit etre caculé loin de la saturation et fait donc un bon alternateur

pour chercher la tension maxi d'un moteur asynchrone a 50HZ il faut le faire avant de modifier le rotor , et l'alimenter par un transformateur variable , en mesurant la puissance consomé : si la puissance consommé augmente dès qu'on depasse 220v et qu'il grogne c'est mauvais signe : si on peut monter jusqua 250v sans augmentation brutale de puissance c'est mieux

faire cet essai condensateur debranché car c'est un coup a le griller : ne brancher le condo que pour lancer le moteur

autre remarque , utiliser les 2 bobines en serie est sans grand interet vu quelle sont a 90° : d'ailleur tu remarque que la tension totale n'est pas la somme des 2 tension