Sommaire
Introduction
Vous trouverez ci-dessous un retour d’expérience ayant pour but de tracer les courbes de puissance d’un servo-moteur brushless utilisé en tant que génératrice sur une pico-turbine hydroélectrique.
Le servo-moteur de marque Keya utilisé dans cette expérimentation est utilisé tel quel, aucune modification n’a été apportée à la machine. Il s’agit d’un servo-moteur de type brushless à aimants permanents (BLDC — Brushless Direct Current).
Caractéristiques du servo-moteur Keya
| Paramètre | Valeur |
|---|---|
| Tension nominale | 48 V |
| Puissance nominale | 400 W |
| Courant nominal | 10,4 A |
| Vitesse nominale | 1 500 tr/min |
| Couple nominal | 2,5 N·m |
| Type | BLDC – Aimants permanents |
Matériel de mesure
La charge résistive utilisée lors des mesures est un rhéostat de laboratoire :
- Résistance maximale : 135 Ohms
- Courant maximum : 1,35 A
J’ai mesuré les tensions et les courants débités à différents points de résistance, en notant la vitesse de rotation de la roue solidaire de la génératrice. Les mesures sont réalisées sur un courant redressé, en sortie de pont de diodes.
Méthode & algorithme MPPT
Au-delà de l’établissement de la courbe de puissance, cette expérimentation reproduit manuellement le fonctionnement d’un algorithme MPPT qui recherche le point de puissance maximum, en faisant varier la résistance R.
Principe de la méthode P&O (Perturb and Observe)Les régulateurs solaires MPPT utilisent la méthode P&O pour rechercher le point maximal de puissance : l’algorithme cherche la puissance maximale par « essai-erreur » en faisant varier la valeur de la tension U et en analysant la puissance P. C’est l’effet « yoyo » que certains régulateurs MPPT font subir à nos petites turbines.
Une vidéo de l’expérimentation mettant en évidence ce phénomène est disponible ici :
Résultats des mesures
Au cours de cette expérimentation, il a été établi que la puissance maximum du groupe turbine était de 144 W à 1 900 tr/min (3,2 A sous 45 V).
Puissance en fonction de la tension (Graph 1)
La courbe ci-contre représente la puissance délivrée en fonction de la tension de la génératrice.On remarque que le rendement maximal se situe entre 40 et 50 V, ce qui est cohérent avec les caractéristiques de conception initiales de la machine (tension nominale = 48 V).
Puissance en fonction de la vitesse de rotation (Graph 2)
La courbe ci-contre représente la puissance délivrée en fonction de la vitesse de rotation de la génératrice.On remarque que le rendement maximal se situe entre 1 700 et 2 200 tr/min, ce qui tend à valider la notion de « sur-vitesse » (de l’ordre de 10 %) à appliquer lors de l’utilisation d’un moteur en tant que génératrice.
Tension en fonction de la vitesse de rotation (Graph 3)
La courbe ci-contre représente la tension en fonction de la vitesse de rotation de la génératrice.La tension augmente proportionnellement à la vitesse de rotation : on dit alors que la génératrice est « synchrone ».
Puissance en fonction de la charge résistive (Graph 4)
La courbe ci-contre représente la puissance délivrée en fonction de la charge résistive appliquée en sortie de la génératrice.Cette courbe permet d’identifier la valeur de charge optimale pour laquelle la puissance extraite est maximale.
Rendement en fonction de la vitesse (Graph 5)
La courbe ci-contre représente le rendement en fonction de la vitesse de rotation de la génératrice.Cette courbe est la courbe de puissance caractéristique de la machine utilisée en génératrice sur la pico-turbine.
Rendement en fonction de la vitesse – échelle logarithmique (Graph 6)
Comparaison avec le régulateur MPPT
En parallèle des mesures manuelles, le régulateur de charge MPPT utilisé dans les mêmes conditions a été évalué :
- Puissance mesurée manuellement : 144 W à 1 900 tr/min (3,2 A / 45 V)
- Puissance délivrée par le régulateur MPPT : 126 W à 1 800 tr/min (2,9 A / 44 V)
- Écart : −12 %
NoteLe régulateur ne trouve pas le point de puissance maximum. La perte s’élève à 12 %. Cette limitation n’est pas imputable au constructeur puisque l’utilisation de ce régulateur est ici détournée de sa fonction initiale (usage photovoltaïque).
Ces régulateurs restent néanmoins une véritable aubaine pour le monde de la pico-hydroélectricité, tant leur utilisation est simple et fiable, sous réserve d’accepter ces contraintes.