Freinage rhéostatique

[cardan]

Bonjour,

Sur une éolienne je souhaiterai freiner le rotor en faisant débiter l'alternateur sur une résistance électrique qui resterait à définir (objet de ma question) Un frein de blocage de type mécanique serait également prévu afin de bloquer le rotor de l'éolienne pour les opérations de maintenance justement. Les caractéristiques cinématiques, cinétiques et mécaniques du rotor sont :

Vitesse angulaire : 500 t / min

Moment d'inertie du rotor : I = 0.65 kg.m^2

Vitesse du vent maxi : 80 km/h

Temps de freinage souhaité : 30 secondes.

Alternateur qui est monté sur l'éolienne : ALXION 145 STK2M (voir fichier en annexes)

On a environ je pense une énergie cinétique de 820 Joule à freiner plus l'énergie cinétique du vent (action motrice) que j'estime très sommairement à 4000 J soit un total de 4800 J disons 5000 J à freiner en 30 secondes. Je peux bien évidemment choisir une résistance rhéostatique sur le Web mais ça me parait assez cher, la question pour moi se pose de la fabriquer. A partir de la résistance théorique R déterminée avec la conversion d'énergie mécanique en effet Joule peut on avoir facilement les caractéristiques géométriques de la résistance: diamètre de fil, diamètre d'enroulement, nombre de spires..etc..Par avance merci beaucoup ..
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[cardan]

Bonjour,

Je ne sais pas si le terme freinage rhéostatique est bien adapté mais la question est surtout je pense non pas de la fabriquer sur mesure mais déjà de voir ce qu'il se fait sur le plan technique. Le freinage par dissipation d'énergie sur une résistance existe mais je trouve que les solutions proposées par les constructeurs sont chers et de plus ici le problème est un peu différent dans la mesure où le freinage serait occasionnel : à chaque fois qu'il y a une vitesse de vent supérieure à 80 ou 90 km /h donc du coup la dissipation d'énergie est moins importante bien évidemment. Il existe sur les palans notamment des dispositifs qui permettent de freiner la charge en descente en mettant le moteur en générateur et en le faisant dissiper sur une résistance ajustable (du coup on peut controler la vitesse de descente et la régler) Je pense à un système comme ça mais après je peux l'acheter, on peut aussi essayer de le faire si techniquement ce n'est pas trop difficile à réaliser.

Pour donner plus de précision sur ce frein, le freinage avec l'alternateur doit permettre de freiner 90 % de l'énergie et le frein mécanique à disque de blocage fera le reste (voir message précédent) L'usage du frein sera exceptionnel : tempête ou vent supérieur à 90 km/h. L'alternateur est de type bruschless triphasé mais il y aura un pont de diodes de type PD3 ( ? ) permettant par la suite la recharge de batteries donc en mode freinage on peut soit insérer cette résistance de freinage après le pont de diodes, soit avant mais là il y a trois phases donc je ne sais pas d'où l'objet de la question du message précédent:

1 ) Une idée d'une solution qui pourrait convenir en sachant que c'est bien qu'il y ait un réglage, du coup j'ai pensé au freinage de la charge en descente sur les palans mais pas certain que ça aille...

2 ) Son implantation électrique: avant le PD3 (donc sur une phase...ça me parait pas top) ou après plus simple car on est sur une tension redressée.

Merci beaucoup ..

[f6bes]

Bjr à toi,
Pourquoi ne pas faire un sytéme mécanique auto réglateur qui serre progressivement
un frein au fur et à mesure que le vent forçit.
bonne journée

[cardan]

Bonjour,

Oui merci pour la réponse mais la but du frein serait de pouvoir freiner puis stopper l'éolienne en cas de vent violent mais éventuellement en cas d'incident et ce indépendamment de la vitesse du vent: par exemple une pale qui commence à vibrer suite à un desserrage d'un élément de fixation etc..Une sorte d'arrêt d'urgence commandable à distance (pied de mat) le freinage s'effectuerait en deux temps : ralentissement électrique par l'alternateur qui de toutes les façons est là puis blocage par le frein à disque. Pour le frein à disque il doit être conçu également de façon à ne pas gêner la vitesse d'accrochage de l'éolienne donc son démarrage...ce qui nécessite de laisser suffisamment de jeu entre le plaquettes et le disque pour que le battement du disque n'occasionne pas de frottement sur les plaquettes..Merci pour la réponse !

[A voir en vidéo sur Futura]

[cardan]

Bonjour,

Pour les modulateurs on peut fermer le questionnement sur le freinage rhéostatique car je n'ai pas eu trop de réponse, je vais voir peut être du coté des électroniciens...Merci ..à bientôt !

[BLI06]

Bonjour
Il me semble que la solution dit problématique...
Si l'on fait débiter l'alternateur sur une résistance faible pour le freiner,il sera en surcharge
Jusqu'a combien ? Est ce valable ?
Cdt

[harmoniciste]

Bonjour
1) Vous ne montrez que la documentation de l'alternateur, alors que c'est principalement les pales qui sont la source de l'énergie cinétique à absorber.

2) Le couple de freinage de l'alternateur est dû au courant débiter. Il ne faut pas dépasser sa valeur nominale sauf à surchauffer ses conducteurs et faire déclencher (à juste titre) ses protections thermiques.

3) Je n'ai pas compris d'où vous sortez "l'énergie cinétique du vent (action motrice) que j'estime très sommairement à 4000 J"
Quand vous stoppez l'éolienne, vous ne stoppez pas la veine d'air qui la traverse. Il n'y a pas d'énergie à absorber en supplément de celle qu'elle peut encore fournir jusqu'à son arrêt (0 Joule en supposant un arrèt instantané)

4) Je suppose que vos pales comportent un dispositif de "pas" variable permettant de l'ajuster automatiquement en fonction de la vitesse du vent, puisque l'alternateur doit débiter à fréquence constante. Pourquoi alors ne pas utiliser ce dispositif pour mettre les pales "en drapeau", et annuler ainsi la vitesse de rotation?

[cardan]

Bonjour,

Pour le calcul de l'énergie à dissiper pendant le freinage il faut prendre en compte l'énergie cinétique (environ 850 J) et le travail du vent sur les pales de l'éolienne quand il est à 80 km / h. Pour le frein je pensais me servir de l'alternateur pour freiner 90 % de cette énergie et 10 % par le frein à disque mécanique qui sera aussi un frein de blocage en cas de maintenance de l'éolienne.

l'éolienne est de type à axe vertical et comporte trois pales NACA 4415 en carbone à angle d'incidence fixe.

Le frein n'interviendrait qu'en cas de problème : vibration d'une pale, tempête,...opérations de maintenance préventive planifiée....du coup le problème de son refroidissement se pose moins.

L'alternateur de type Bruschless sera équipé d'un pont de diodes de type PD3.

j'avais déjà vu le freinage d'une descente de charge sur un palan se faire en plaçant le moteur en mode générateur et en le faisant débiter sur une résistance ajustable donc...toutes proportions gardées je pensais également utiliser ce principe là.

Vous me direz, je pense que si la résistance est ajustable (rhéostat) ça permet effectivement de régler le freinage de façon optimale, vous me direz si ça ne vous prend pas trop de temps et si c'est pas trop complexe ..c'est pas le but. Merci beaucoup ..

[cardan]

Rebonjour,

Le but serait surtout de savoir si :

1 ) Un freinage de ce type est il pertinent ou pas (freinage par l'alternateur)

2 ) La taille de la résistance (approximativement)

Par avance merci ..

[harmoniciste]

L'alternateur constitue déjà un frein pendant la rotation à vitesse nominale constante. Ralentir le rotor exigerait donc un couple supérieur qui ne peut être obtenu qu'en lui faisant débiter un courant supérieur . D'où la surchauffe de ses enroulements.
De plus, une baisse du régime a pour effet d'augmenter le couple de rotation généré par le vent, car l'angle d'attaque d'un vent constant sur les pales à pas fixe s'accroît alors. Le courant nécessaire pour obtenir un régime encore plus bas ne cesse donc d'augmenter.
Cette solution ne convient donc pas.

[cardan]

Bonjour,

Merci à Harmoniste pour le temps qu'il m'a consacré pour cette réponse. Je vais bien y regarder alors même si au départ mon point de vue différait dans le sens où l'éolienne tournera à une vitesse qui correspond au point d'équilibre du couple moteur (vent sur les pales) et du couple résistant qui dépend de la charge donc il n'y a aucune chance d'être à la vitesse nominale mais plutôt à une vitesse quelconque: point d'intersection entre les deux courbes de couples.

Du coup je me disais que si je supprime la charge pour passer en mode freinage je peux faire chuter la vitesse de l'alternateur puisque je mettrai une résistance à définir mais une résistance plus faible que la charge de sortie ...de façon à augmente I donc le couple résistant...Bien évidemment il faut que je fasse attention au courant maxi débité par l'alternateur pour ne pas détruire l'alternateur.

A bientôt ..

[harmoniciste]

Supprimer le courant utile de l'alternateur pour le remplacer par un courant débité dans des résistances mortes, ne change rien: il faudra nécessairement un courant plus élevé pour abaisser le régime d'équilibre. D'où une surchauffe des enroulements, au moment où ils sont déjà à température maximum