Choix de la génératrice électrique

Démarche et expérimentation

Comme il n’existe aucune génératrice électrique spécifique à l’utilisation de pico turbine hydroélectrique, il s’agit de trouver le meilleur compromis entre ce qui existe sur le marché et d’en détourner l’utilisation.

caractéristique de la génératrice électrique

Le choix de la génératrice électrique sera déterminé en fonction des caractéristiques suivantes :

  1. La puissance électrique de la génératrice.
  2. La tension générée par la génératrice.
  3. Le type de courant : un courant continu demandera des sections de câbles plus importantes, induisant potentiellement de fortes pertes de charges si la turbine est éloignée du parc de batteries. L’utilisation d’un courant triphasé permettra d’éloigner la turbine des batteries en minimisant les pertes mais nécessitera l’installation d’un pont de diodes afin de redresser le courant avant l’étape de régulation de la charge.
  4. Les plages de vitesse de rotation : la génératrice doit accepter une large fourchette de vitesse de rotation d’un ratio de 2. (entre vitesse de rotation nominale et vitesse de rotation à vide) à moins d’utiliser un régulateur de charge ayant pour fonctionnalité un mode de dérivation de la charge.
  5. Le couple demandé.

Pourquoi j’ai choisi un moteur de machine à laver ?

Moteur électrique de marque Polymotor

Moteur-electrique-PolymotorAprès différents essais (voir les tests d’alternateur ci-dessous), mon choix s’est arrêté sur un moteur électrique (de marque POLYMOTOR), qui équipait les machines à laver de marque Whirlpool (Philips ou Radiola). Ce moteur est équipé de 2 aimants en lieu et place du stator. Le rotor, d’un diamètre de 62 mm possèdent 22 pôles. Le diamètre du collecteur est de 38 mm.
Voici ce qu’on peut lire sur la plaque constructeur :

  • 22 V – 5 Amp – 75 W – 800 t/mn – 85%
  • 200 V – 1.8 Amp – 200 W – 10 500 t/mn -15%

Lors de l’utilisation de ce moteur en tant que génératrice, la tension mesurée augmente proportionnellement à la vitesse de rotation jusqu’à ce qu’elle rencontre la tension de service du régulateur. A ce stade, la tension se stabilise  et le régulateur absorbe l’ excès de tension comme une charge.

Robuste. Plage de vitesse de rotation variée.  Pas cher (récupération). Pas d’alimentation (excitation) à prévoir.

Balais donc usure. Courant continu donc section de câble plus importante à prévoir si la turbine est éloignée des batteries.

Puissance mesurée avec la turbine : 125 Watts.

Mes tests d’alternateurs

Aternateur de voiture modifiée (aimant permanent)

Alternateur de voiture modifié (aimant permanent) - DC 500 - WindbluepowerCes alternateurs sont des alternateurs de voiture mais ils ne possèdent plus de balais, le rotor est équipé d’aimants permanents qui assurent l’induction au stator. A la différence des alternateurs classiques aux rotors bobinés (electro-aimants), la tension ne peut pas être régulée car elle est uniquement proportionnelle à la vitesse de rotation. A vide (sans charge connectée), ces alternateurs n’offre aucune restriction, peu importe la vitesse de rotation (hormis celle des roulements). Concernant le couple de démarrage, Il faut noter que les génératrices à aimants permanents sont plus difficiles à démarrer car elles ont la caractéristique de toujours produire la même densité de flux magnétique, indépendamment de leur vitesse de rotation. Au démarrage, la résistance au mouvement est donc importante, même avec une petite charge connectée.

courbe-de-puissance-alternateur-a-aimants-permanents-DC540-windbluepowerJ’ai essayé un alternateur à aimants permanents de la marque WindbluePower provenant d’une petite éolienne, le DC-540. Cet alternateur n’a jamais voulu démarrer. A posteriori, et avec sa courbe de puissance en main, on comprends mieux pourquoi : cet alternateur est conçu pour exploiter les basses vitesses de rotation (12 V à 130 tr/min.). La turbine donnant le meilleur de son potentiel au environ de 2300 tr/min et mon parc de batteries étant sous 24 V, on comprends que cela ne pouvait pas fonctionner, à moins d’utiliser un système réducteur (1/8) entre la poulie menante (roue Pelton) et la poulie menée (génératrice).
La courbe de puissance présentée ci-contre est celle de l’alternateur DC-540. La tension à été mesurée circuit ouvert, l’intensité circuit fermé.

Site web constructeur : Windbluepower

Robuste. Aimant permanent (pas d’usure des « balais »). Sortie triphasé rendant possible le transport de l’électricité sur de plus grande distance tout en utilisant des sections fils électriques restreintes.

Le démarrage du DC-540 nécessite un couple important.

Impossible à entraîner, clairement surdimensionné (modèle DC

Alternateur de voiture classique (balais + induction)

Caractéristiques

Alternateur de voiture classique - Delco - 10 SI 7127-SEC’est le type d’alternateur qui équipe nos automobiles. Son rôle est de recharger la batterie du véhicule et de fournir l’énergie électrique nécessaire au fonctionnement du moteur et des autres équipements électriques (éclairages, chauffage, climatisation, etc).
Si de prime abord ce type d’alternateur semble être adapté à notre usage, il s’avère difficile à mettre en oeuvre dans la réalité.
Dans un alternateur de voiture, le rotor est un électroaimant qui doit être alimenté en courant continu pour induire au stator du courant alternatif. Pour simplifié, on dira que ce type d’alternateur a besoin d’être alimenté électriquement pour produire de l’électricité.
Un alternateur de voiture classique produit un courant alternatif triphasé. Le redressement en courant continu est assuré par des ponts de diodes et un régulateur permet de gérer la production électrique suivant la demande à l’aide d’une diode Zener et de transistors.

Robuste. Bon marché. Tension ajustable

Besoin d’un courant induit pour produire (une source d’électricité). Complexité du à la tension ajustable (électronique). Doit être modifié pour fonctionner en tant que génératrice. Balais donc usure.

Alternateur Evolué (type « marine »)

Alternateur de voiture évolué - type marine - Marque : Leece-neville

L’alternateur de facture « Leece-neville » (USA), modèle 51 A, aurait pu correspondre à mes besoins. La puissance, et surtout le couple semblait adapté : 30 A – 2,04 N/m – 2000 tr/min. (voir la courbe de puissance de l’alternateur Leece-neville)
J’ai commandé cet alternateur par le biais de la société productrice mais après 2 mois d’attente, j’ai reçu un alternateur qui n’était pas conforme à celui que j’avais commandé, ou la documentation sur le site internet du revendeur était erronée. L’alternateur n’était en rien auto-excité et sa tension aucunement ajustable. J’ai renvoyé le matériel à l’expéditeur qui m’a péniblement remboursé. L’auto-excitation est désigné par le mot « SELF » sur les doc Leece-Neville. A contrario, la désignation « IGN » exprime une excitation à l’allumage (ignition).

Robuste.

Cher. Besoin d’un courant induit pour produire. Balais donc usure.

C’est au tout début de l’aventure que j’ai fais le choix de cet alternateur. Avec l’expérience, il s’avère que lui aussi était totalement surdimensionné. A l’époque, je n’avais pas pris en compte les pertes de charge et, fort des 60 mètres de hauteur de chute (brute …), je misais sur 400 Watts en appliquant un rendement global de 0,7. Sous 12 V, cela faisait 34 A. C’était jouable sur le papier mais complètement improbable dans la réalité.

Autres choix possibles

Windstream

windstream-permanent-magnet-dc-generator-current-10aCela pourrait être une marque de générateur intéressante à tester. Les couples de démarrage sont très bas et les puissances annoncées pourraient correspondre à ce que la turbine est en théorie capable de produire.
Modèle # 443902 :