Transformer un moteur asynchrone en générateur synchrone en ajoutant des aimants au rotor

[ecobioelec]

Bonjour,

Je tente de transformer un petit moteur triphasé asynchrone en générateur triphasé synchrone en ajoutant des aimants permanents au rotor (de manière expérimentale.)
J’ai récupéré un moteur asynchrone triphasé aux caractéristiques suivantes :

• Tension de fonctionnement : 220/380 V
• Puissance : 0,180 kW
• Vitesse de rotation : 1500 tr/min à 50 Hz.
• Câblage possible : étoile ou triangle
• Le stator comporte 24 encoches, le bobinage est de type imbriqué.
• Le rotor initial est de type cage d’écureuil avec 6 cylindres le traversant.

IMG_20180226_154045.jpg

J'ai réalisé un rotor auquel j'ai ajouté 10 aimants néodyme parallélépipédique aux dimensions suivante : 50*10*5 mm.
Les 10 aimants sont disposés de manière alternée et forment 5 paires de pôles (voir photo)
Je précise que le rotor n'est pas en fer doux mais à été imprimé en PLA ferromagnétique.
IMG_20180307_182821.jpg

A vide, la tension obtenu à environ 1700 tr/min est de l'ordre de 2,5 V entre phase et 5 V après le pont de diode redresseur.
Au niveau du bornier, les bornes U2, V2 et W2 sont shuntées entre elles, U1, V1 et W1 sont connectées aux pont redresseur.

L'objectif final étant de produire 150 W à 1500 tr/min sous 28,8 V, je suis loin du but mais il fallait bien commencer quelque part
La fréquence n'a pas vraiment d'importance dans mon cas de figure car je redresse le courant.

Mes remarques et interrogations en vrac :

Au niveau du stator, peut-on dire que :

• on loge un enroulement entre 2 encoches.
• si le moteur est composé de 24 encoches, il à 12 enroulements au total.
• le moteur comportant 3 phases, chaque phase est donc composée de 4 enroulements.
• comment savoir si enroulements sont reliés en série ou en parallèle ?

Au niveau moteur, à quoi corresponds physiquement le nombre de pôles ?
Il s'agit manifestement de 4 pôles car 1500 tr/min à 50 Hz

Selon vous, que faudrait-il faire pour augmenter la tension du générateur ?

• diminuer le nombre de pôle au rotor
• augmenter la taille des aimants
• impérativement utiliser du fer doux pour le rotor

Vos idées et remarques sont les bienvenues.

Merci,
-----

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[penthode]

amha , il y a un probléme fondamental ! si j'ai bien compris ton montage....

tes aimants sont montés horizontalement nord/sud

l'enroulement du stator au dessus d'un aimant vois donc les deux pôles en même temps , ce qui annule le flux !

[ecobioelec]

Voici la disposition des aimants dans le rotor.
Représentation d'une coupe perpendiculaire à l'axe du rotor.

rotor coupe axiale.png

[BOB92]

Bonjour

Drôle de machine , que tu veux réaliser ....

Le stator de ta machine, que tu as conservé tel quel est conçu est bobiné pour 2 paires de pôles (puisque moteur asynchrone 1500 t/mn)
Et toi, tu lui impose un rotor avec des aimants (machine synchrone) et lui imposer 5 paires de pôles au rotor ...
C'est normal que tu n'étaient que 2,5 volts ..... des pôles magnétiques qui défilent sous un même pole électrique du stator ne créent rien du tout...

Il te faut essayer avec 4 aimants (2 paires de pôles) ...


PS que veux-tu faire de cette machine .....une génératrice à vitesse essentiellement variable (type éolienne), ou à vitesse relativement fixe (turbine à eau ), ou autre ?,

Cordialement

[Antoane]

Bonjour,

Discussion déplacée en technologie.

[A voir en vidéo sur Futura]

[ecobioelec]

Merci BOB92 pour ta réponse.
Je vais essayer avec un rotor comportant 4 aimants.
Je voudrais créer une génératrice utilisable sur un petit site hydro, donc à vitesse relativement fixe (environ 1700 tr/min)
Le problème c'est qu'il n'existe rien dans cette gamme de puissance sur le marché.
Je sais en revanche qu'un industriel utilise les carcasses de moteurs triphasé asynchrone pour produire des génératrice synchrone à aimant permanent en ajoutant un rotor avec des aimants permanents.
La grosse différence entre cet industriel et moi : il connait la technologie des moteurs asynchrone triphasé, moi pas, vous l'aurez compris
(mais je suis là pour apprendre)
Quelqu'un peut-il me dire à quoi correspond le nombre de pôle d'un moteur triphasé asynchrone ?
Merci pour votre aide,
Cordialement

[penthode]

gogol est ton ami !

http://www.maxicours.com/se/fiche/3/1/132631.html

et des 10'aines d'autres , centaines en anglais !

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[BOB92]

Bonjour

Je voudrais créer une génératrice utilisable sur un petit site hydro, donc à vitesse relativement fixe (environ 1700 tr/min)
Le problème c'est qu'il n'existe rien dans cette gamme de puissance sur le marché.

Mais pourquoi ne l'utiliserais-tu pas en génératrice asynchrone , tel qu'il est ?

Et tu pourrais ainsi profiter de la capacité en puissance de cette machine ....

Cordialement

[f6bes]

Bonjour,

Je tente de transformer un petit moteur triphasé asynchrone en générateur triphasé synchrone en ajoutant des aimants permanents au rotor (de manière expérimentale.)
J’ai récupéré un moteur asynchrone triphasé aux caractéristiques suivantes :

• Tension de fonctionnement : 220/380 V
• Puissance : 0,180 kW
• Vitesse de rotation : 1500 tr/min à 50 Hz.
• Câblage possible : étoile ou triangle
• Le stator comporte 24 encoches, le bobinage est de type imbriqué.
• Le rotor initial est de type cage d’écureuil avec 6 cylindres le traversant.

Pièce jointe 362151

J'ai réalisé un rotor auquel j'ai ajouté 10 aimants néodyme parallélépipédique aux dimensions suivante : 50*10*5 mm.
Les 10 aimants sont disposés de manière alternée et forment 5 paires de pôles (voir photo)
Je précise que le rotor n'est pas en fer doux mais à été imprimé en PLA ferromagnétique.
Pièce jointe 362153

A vide, la tension obtenu à environ 1700 tr/min est de l'ordre de 2,5 V entre phase et 5 V après le pont de diode redresseur.
Au niveau du bornier, les bornes U2, V2 et W2 sont shuntées entre elles, U1, V1 et W1 sont connectées aux pont redresseur.

L'objectif final étant de produire 150 W à 1500 tr/min sous 28,8 V, je suis loin du but mais il fallait bien commencer quelque part
La fréquence n'a pas vraiment d'importance dans mon cas de figure car je redresse le courant.

Mes remarques et interrogations en vrac :

Au niveau du stator, peut-on dire que :

• on loge un enroulement entre 2 encoches.
• si le moteur est composé de 24 encoches, il à 12 enroulements au total.
• le moteur comportant 3 phases, chaque phase est donc composée de 4 enroulements.
• comment savoir si enroulements sont reliés en série ou en parallèle ?

Au niveau moteur, à quoi corresponds physiquement le nombre de pôles ?
Il s'agit manifestement de 4 pôles car 1500 tr/min à 50 Hz

Selon vous, que faudrait-il faire pour augmenter la tension du générateur ?

• diminuer le nombre de pôle au rotor
• augmenter la taille des aimants
• impérativement utiliser du fer doux pour le rotor

Vos idées et remarques sont les bienvenues.

Merci,

Bjr à toi, Et qui c'est y qui va faire tourner cet alternateur ?
C'est y quoi qui fournit l'énergie...primaire ?
Bonne journée

[penthode]

ça n'est pas la question !

[f6bes]

Bjr à toi,
Mais c'est la question que j e pose (etre curieux ne peut nuire)
Bonne soirée

[ecobioelec]

@BOB92

J'ai lu en travers comment faire fonctionner un moteur triphasé asynchrone en générateur en ajoutant des condensateurs mais vu mes connaissance en électrotechnique et électronique, je ne vais pas m'aventurer sur ce terrain là.
J'avais cru comprendre que la plage de vitesse devait être un peu supérieur à la vitesse nominale ... quelques explications ou liens sont les bienvenues

@f6bes
C'est une roue Pelton qui va entraîner cet alternateur.
L'énergie primaire ? c'est l'énergie cinétique de l'eau, à moins que ta question ne soit d'ordre électrotechnique.

Pour info j'ai fait un essai en laissant 4 aimants au niveau du rotor, résultat : 3V après redressement à 1700 tr/min.
J'imprime un nouveau rotor avec 4 logements pour aimants de dimension 50x15x15 mm, on verra bien

Cordialement

[penthode]

perso , je ne pige pas pourquoi tu ne le gardes pas en géné asynchrone , avec son inducteur d'origine

[BOB92]

Bonjour

Moi aussi ......!!! (cf pentode)

Ce moteur a été conçu pour en tirer les performances optimum ... c'est le rôle du fabriquant ....
L'utiliser en génératrice asynchrone, te permettra d'avoir exactement le même rendement ..... puisque c'est une simple symétrie autour de la vitesse de synchronisme ....
Et comme tu envisages vers 1700 t/mn, cela te laisse une grande liberté entre 1000 et 2000 t/mn .... si besoin était.

Par ailleurs, il n'y a pas à parler de au-dessus de la vitesse de synchronisme, puisqu'il n'est pas alimenté par le réseau 50 Hz ... donc pas de question à se poser ....*
Il suffit qu'il tourne dans cette gamme de vitesse, et de lui fournir de l'énergie réactive via un trio de capacité .... et il va s'amorcer et fournir une tension à la fréquence exacte de sa vitesse de rotation - son glissement (dito celui en moteur).

Je peux te certifier que cela fonctionne, puisque dans un projet/réalisation d'une machine inventée , nous (j'ai, avec un complice LA BOBINE) avons utilisé un moteur asynchrone en génératrice pour réaliser derrière un banc de charge .....

La valeur des condensateurs sera à expérimenter, après un dégrossissage de façon à être optimum ....

Car de façon similaire à une machine synchrone (avec aimant), tu auras une tension et une fréquence proportionnelle à la vitesse ....

Cordialement

[ecobioelec]

@BOB92 et penthode

Je ne fais pas ce que vous proposez car je ne sais tout simplement pas comment le faire mais je ne suis pas contre le fait d'essayer.

Aujourd'hui, j'utilise un moteur de machine à laver en guise de génératrice, le rendement n'est pas bon, vous vous en doutez mais cette solution propose quand même des avantages :

les plages de vitesse de rotation supportées par le générateur sont vastes : 1500 tr/min en charge à 3000 tr/min à vide, voir 3500 tr/min avec le coup de belier.
La charge est entièrement gérée par un régulateur MPPT de type photovoltaïque. Ne criez pas, cela fonctionne parfaitement pour peu que l'on accepte les contraintes liées à l'usage détourné du matériel : A la mise en route de la turbine, le régulateur cherche le couple tension/intensité le plus adapté à la charge des batteries (24V chez moi) : la turbine monte dans le tours, la tension avoisine les 60V aux bornes de la génératrice, le courant chargé dans les batteries est très faible à ce moment là (de l'ordre de 0.2 A). Petit à petit la tension diminue et le courant de charge augmente jusqu'à faire caler la turbine (28V, 5A), à ce moment là, la tension remonte, le courant de charge diminue et ainsi de suite jusqu'à ce que le régulateur trouve le couple tension/intensité le plus adapté (~28,8V, 4A sur mon système). En fonction des cycle de charge (bulk, absorption et float) la tension varie et on peut suivre l'évolution de la charge à l'oreille. La contrainte majeure de ce système : quand les batteries sont chargées (380 Ah, ce qui est rare c'est que la turbine s'emballe et tourne quasiment à vide, soit à près de 3000 tr/min. Mécaniquement le système est prévu pour cela, ce n'est pas un problème réel, d'autant qu'à ce moment là j'interviens manuellement et je coupe l'arrivée d'eau.

Quelques questions avec ce système utilisant un moteur asynchrone triphasé en tant que génératrice avec ajout de condensateur:
que va t-il se passer au démarrage de la turbine ? (à 3000 tr/min)
que va t-on avoir en sortie du pont redresseur au niveau tension ? (car le régulateur MPPT que j'utilise aujourd'hui accepte 100 V en entrée.)
Au niveau de la régulation de la charge, on trouve des tensions d'entrées plus élevées sur certains régulateurs mais il faut alors changer de matériel, et dans ce cas, autant prendre un régulateur hybride qui accepte une entrée triphasée, ou pourquoi pas adopter dans ce cas là un chargeur classique 220 V directement relié au générateur, mais avec 150 W de potentiel, on ne vas pas aller loin. Bref, du relativement simple on peut supposer bien des possibles en passant par du bien compliqué (un arduino qui commanderait des injecteurs asservis en fonction de l'état de charge des batteries ...)

Sinon, concrètement, comment on calcule la valeur des condensateurs, on les place comment ?

Dans mon cas, le principal avantage d'utilisé un moteur asynchrone triphasé industriel comme base de génératrice c'est le prix (environ 60 Euros pour ma gamme de puissance), la robustesse et la disponibilité de ce type de matériel.

Cordialement,

[BOB92]

Bonjour

Comme je te le disais, le fait d'utiliser un moteur asynchrone (celui-ci ou un autre) permets d'utiliser une machine mécanique robuste, sans modif (donc optimisée ), sans pb d'équilibrage (car bien équilibrée par construction) ..... et une machine 1500 T/mn supportera sans pb le démarrage de la turbine à vide, (survitesse de 3000 t/mn).

Elle te permettra de produire une énergie, sur la base de sa plaque constructeur.

La génératrice asynchrone, est dans la pratique très peu utilisée ... ( couplée au réseau, très difficile de gérer sa conversion d'énergie, et en mode autonome, difficile de gérer sa tension ( fonction de sa vitesse ou de sa charge).
Mais dans ton cas, avec un générateur MPTT derrière, cela au contraire ne pose aucun problème ... il n'y a rien a gérer ......

Donc, en fait, tu vas avoir 2 problèmes à résoudre :

- La production d'énergie ...... La capa à mettre est sans grande importance (ilfaut rester réaliste quand même), du moment que l'auto-amorçage va se réaliser . Il est d'autant plus aisé, que ta turbine va lui imposer une survitesse au démarrage , donc une meilleure facilité .....

La valeur de la capa est difficile à calculer ... mais il faut partir du principe qu'elle doit assurer la consommation de réactif du moteur (donc à vitesse nominale) et à charge nominale.
Pour les gros moteurs, la plaque est assez riche .... je ne sais s'il y avait plus d'info que ce que tu as indiqué en début ......
mais à la louche, 180W utile j'optes pour 400 VA consommés, cos PHI 0,7 => env 200 VA de réactif, soir 70 W par phase, soit 0,3 A sous 230 V (supposé triangle), soir0,3 A ... j'en déduits un condensateur de 4 µF par phase (ordre de grandeur) ....
A noter que les condensateurs de VMC ou de gros volets roulants sont assez approchants ....

Donc, je ferais un essais avec ta machine câblée en triangle ( Tri 230 V) , et 3 condensateurs de 4 µF 450V (ce qui te permets de monter un peu en tension à vide , en survitesse) ....
Et tu fais un essais ..... avec simplement un voltmètre, voir ce qui se passe au démarrage et en fonction des réglages d'injection dans ta turbine .
Mais déjà, tu aura une indication de l'injection de réactif ..... trouver 250 /280 V ou plus n'est pas inquiétant à vide.

Pour ce qui est d'un essai en charge, il suffit que tu raccordes, des ampoules d'éclairage (filament ou halogène 230V) sur les 3 phases pour voir ce qi se passe ...

C'est le point N°1 ... vérifier que tu peux produire de l'énergie en cohérence avec ta turbine .... et éventuellement utiliser un moteur plus puissant si nécessaire ...


Après ce point, nous verrons comment l'adapter à ton système de consommation, qui démarre par un MPTT que tu veux conserver .....

Cordialement

[ecobioelec]

Bonjour,

Mercie BOB92, Je vais essayer.

Donc, je ferais un essais avec ta machine câblée en triangle ( Tri 230 V) , et 3 condensateurs de 4 µF 450V

Les condensateurs sont placés entre phases ? un schéma, un lien ?

Pour ce qui est d'un essai en charge, il suffit que tu raccordes, des ampoules d'éclairage (filament ou halogène 230V) sur les 3 phases pour voir ce qi se passe ...

Concrètement, comment je branche trois trois phases sur une ampoule qui a 2 bornes ?

Mais dans ton cas, avec un générateur MPTT derrière, cela au contraire ne pose aucun problème ... il n'y a rien a gérer ......

Le MPPT dont je dispose supporte 100 V entrée, pas plus, après ça sent la bakelique brûlée

Merci,

[DAUDET78]

Concrètement, comment je branche trois trois phases sur une ampoule qui a 2 bornes ?,

Avec 3 ampoules .... Y a 6 bornes !
Ce genre de question me fait pour la suite .

[f6bes]

Concrètement, comment je branche trois trois phases sur une ampoule qui a 2 bornes ?


,

Bjr à toi Ben tu mets 3 AMPOULES et pas une seule si tu restes en alternatif !!
Chacune une phase séparée et...son neutre.
Si tu redresses ( redressement triphasé), tu n'a plus que le + et le-.
La ton ampoule UNIQUE s'en contente.
Bonne journée

[ecobioelec]

Avec 3 ampoules .... Y a 6 bornes !
Ce genre de question me fait pour la suite .

Et comment je fais avec une ampoules de voiture type H4 ou il y a 3 bornes

[penthode]

ton machin étant censé fournir 230 volts si tout marche bien....

la question ne se pose pas !

la question me fait pour maintenant ...

[ecobioelec]

la question me fait pour maintenant ...

La question te fait quoi ?

[f6bes]

La question te fait quoi ?

PEUR ou effroi !!
Et dans une ampoule à 3 bornes...y a quoi à l'intérieur de l'ampoule. !
Un filament phare , un filament code et une masse..commune !
Ca n'en fait pas pour autant du triphasé !!
Bonne journée

[BOB92]

Bonjour
Les bras m'en tombent !!!!
Cordialement

[ecobioelec]

Si je demande comment on branche les condensateurs je suis mort ?

[BOB92]

Bonjour

- une machine branchée en triangle ==> 3 bornes
- 3 condensateurs à y raccorder ....
deux solutions ..
- la plus logique est de les brancher en triangle .... c'est à dire chacun à 2 bornes ..... et comme je te le disais, tu peux ainsi voir le comportement de ta machine en tension (à vide) en fonction des réglages de la turbine .
on avisera après ...
- l'autre façon est de las brancher en Etoile ... c'est à dire de faire de raccorder 1 fil de chaque condensateur ensemble , il te reste ainsi 3 fils (1 provenant de chaque condensateur) à relier à chacune des bornes du moteur . (Mais à essayer éventuellement après avoir fait le 1er essais).

A noter que ton moteur étant en triphasé, tu trouvera la même tension entre 2 bornes ...

Cordialement

[ecobioelec]

Ok, j'attends l'arrivée des condensateurs et je teste.
Merci

[BOB92]

Bonjour

Montage des 3 condensateurs en TRIANGLE
La 1ere manip est un essai à vide ...
donc mesure de la tension entre 2 bornes ( tu peux vérifier qu'elle est la même quel que soit le couple de 2 bornes) ,
et si possible, quelques points en fonction de la vitesse de la turbine (si tu as possibilité de la mesurer, c'est encore mieux).
Rien de plus .... on avisera ensuite
Cordialement

[DAUDET78]

Si je demande comment on branche les condensateurs je suis mort ?

Ben oui !
On a oublié de te dire que des tensions de 230V AC, c'est mortel !
Mais, si tu veux fêter le quarantième anniversaire de sa mort par électrocution .....

[ecobioelec]

Ben oui !
On a oublié de te dire que des tensions de 230V AC, c'est mortel !
Mais, si tu veux fêter le quarantième anniversaire de sa mort par électrocution .....

Merci de m'avoir mis au courant, ce soir j'évite le bain !