Transformation d’un moteur asynchrone triphasé en génératrice asynchrone avec ajout de condensateurs

Introduction

Cet article décrit comment transormer un moteur asynchrone triphasé en génératrice asynchrone triphasée en ajoutant des condensateurs entre les phases de la génératrice.
La première partie explique la théorie et propose une aide aux calculs permettant de déterminer la valeur des condensateurs en fonction du mode de câblage de la génératrice (étoile ou triangle )
La seconde partie de l’article résume l’expérimentation réalisée par Cristof GUERIN, vous trouverez la vidéo complète de l’expérimentation sur sa chaine Youtube dédiée.

Principe et conditions

Notre moteur/générateur ne possèdant pas d’aimants (à la différence des génératrices à aimants permanents) ni d’aucun circuit d’excitation (à la différence des  alternateurs) nous ajoutons un condensateur en parallèle de chaque phase du bobinage afin de fournir la puissance de magnétisation, aussi appelée puissance réactice. Cette puissance va servir  d’amorce permettant ensuite aux bobines du moteur/générateur de se comporter comme des electro-aimants.
Il sera également nécéssaire d’entrainer la génératrice au-delà de sa vitesse de synchronisme (environ +5%).

Théorie – valeur des capacités

Formule Cablage Triangle

C= \frac{I}{2 \pi f V}
C : Capacité [μF]
f : Fréquence Hz]
V : Tension [V]

Nous calculons ici la capacité théorique des condensateurs – en câblage triangle – en fonction des valeurs d’intensité(A), de tension(V) et de fréquence(f).

Formule Cablage Etoile

C= \frac{I}{pi f V}
C : Capacité [μF]
f : Fréquence Hz]
V : Tension [V]

Nous calculons ici la capacité théorique des condensateurs – en câblage étoile – toujours en fonction des valeurs d’intensité(A), de tension(V) et de fréquence(f).
Le couplage étoile ne sera pas retenu lors des test car la tension  produite en sortie du pont de diode depasserait les capacité du regulateur MPPT limité à 550 V.

Retour d’experience

Je résume ici l’expérimention menée par Cristof GUERIN sur son site personnel.
Cristof explique plus en détail sa démarche sur sa chaine Youtube.

Banc de test – Setup

L’expérience est réalisée à l’aide d’un banc d’éssai constitué des élèments suivant :

    • un moteur asynchrone triphasé qui va entrainer le moteur dit « générateur » via un jeu de poulie (rapport 1:1)
      ce moteur est alimenté électriquement via un regulateur de fréquence.
    • un variateur de fréquence
    • un moteur/générateur
    • un jeu de condensateurs

Spécifications des différents élèments

Moteur d’entrainement


Un moteur asynchrone triphasé alimenté par un variateur de fréquence moteur qui va entraîner la génératrice. Il est alimenté via un variateur de fréquence.

  • Vitesse de rotation : 3000 tr/min
  • Tension : 230/380V
  • Puissance : 2200W
  • Fréquence 50 Hz
  • Poids : 13,3 kg
  • Reférence : VEVOR – Y2-90L-2-2.2kW-B3

Variateur de fréquence


  • Modèle : VEVOR – H100-3S2-1B
  • Puissance: 3kW
  • Tension d’entrée : 220 V
  • Tension de Sortie : 0-220 V
  • Phase d’Entrée : 1 ou 3 Phases
  • Phase de Sortie : 3 Phases
  • Fréquence d’Entrée : 50/60 Hz

Moteur/Générateur

C’est le moteur qui va faire office de génératrice.

  • Vitesse de rotation : 1500 tr/min
  • Tension : 230/380V
  • Puissance : 1100W
  • Fréquence 50 Hz
  • Poids : 13,3 kg
  • Reférence : Sermes – MH1-90S

Condensateurs

Condensateurs type démarrage 25,40,60 uf /450VLes condensateurs sont placés en parallèle sur les enroulements afin de fournir la puissance « réactive » nécessaire à l’amorçage de la génératrice.

Résultats

Les tests sont réalisés uniquement avec une couplage triangle de la génératrice, le couplage étoile n’a pas été retenu car la tension  produite en sortie du pont de diode depasserait les capacité du regulateur MPPT limité à 550 V.

A vide

Aucune charge n’est appliquée sur le moteur faisant office de génératrice.

  • le moteur d’entrainement est alimenté par le variateur de fréquence – 220V IN / 3*380V OUT – la fréquence du variateur est réglée à 25 Hz, la vitesse de rotation moteur est donc approximativement de 1500 tr/min.
  • Le rapport de transmission pour ces éssais est de l’ordre de un pour un (1:1)
  • le moteur générateur est raccordé en triangle.
  • les condensateurs sont placés en parallèle sur les enroulements du moteur.

Les valeurs relevées sont les suivantes :

  • P IN Var (W) : Puissance consommée relevée sur wattmètre domestique en entrée de variateur mono 220V IN
  • Ip mot ent (A): Intensité phase 1 du moteur d’entrainement
  • U mot ent (V): tension d’entrainemententre phase du moteur

En charge (MPPT)

  • le moteur d’entrainement est alimenté par le variateur de fréquence – 220V IN / 3*380V OUT – la fréquence du variateur est réglée à 22 Hz, la vitesse de rotation du moteur est d’environ 1500 tr/min.
  • Le rapport de transmission pour ces éssais est toujours de l’ordre de un pour un (1:1)
  • le moteur générateur est raccordé en triangle.
  • les condensateurs sont placés en parallèle sur les enroulements du moteur.
  • la sortie triphasée du moteur générateur est redressée par un pont de diode double alternance.
  • Un régulateur Growatt est connecté en tant que charge sur la sortie CC du pont de diode.

Les valeurs relevées sont les suivantes :

  • P IN Var (W) : Puissance consommée relevée sur wattmètre domestique en entrée de variateur mono 220V IN
  • U mot ent (V): tension entre phase du moteur d’entrainemen

Conclusion

Avantages

La modification/mise en oeuvre est relativement simple dans le sens ou il n’y a aucune transformation mécanique ou structurelle à prévoir, à la différence d’une machine à aimants permanents.
Le base utilisée (le moteur) est fiable, robuste

Inconvénients

Le principal inconvénient réside dans le fait que la puissance mécanique/hydraulique doit être stable et régulière. Si la puissance mécanique change, la valeur des condensateurs doit être adaptée en fonction, c’est donc concrètement peu pratique.
Autre inconvénient, le rendement obtenu lors de l’expérimentation de cristof est moins bon que celui d’une génératrice à aimant permanent. Ces résultats sont toutefois à prendre avec précaution compte tenu du caractère expérimental et de l’absence de véritable étalon de comparaison.

Bibliographie