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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Centrale éolienne basée sur un moteur électrique asynchrone. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Sources d'énergie alternatives Les problèmes liés à l’énergie bon marché préoccupent de nombreuses personnes. Ils ne m'ont pas épargné non plus. Mais il s’est avéré que le problème n’est que le début. Des problèmes liés à la conception et à la construction de la gare sont survenus presque immédiatement. En voici quelques-uns : « Quel générateur utiliser ? », « Comment obtenir une stabilité de la tension de sortie lors de forts changements de vent dont la vitesse varie de 2 à 25, voire 30 m/s ? , "Que faire quand le vent disparaît complètement ?", Comment décharger une éolienne lors de fortes tempêtes et d'ouragans ? pour économiser et utiliser l'énergie excédentaire plus efficacement ? » et, enfin, « Quelle conception de « moulin à vent » est la meilleure ? Des générateurs automobiles et des moteurs synchrones étaient utilisés comme générateur. Mais les deux options présentent le même inconvénient : des rotations trop élevées du rotor de l'éolienne sont nécessaires, ce qui entraîne à son tour une augmentation du rapport de démultiplication de la boîte de vitesses, et donc une augmentation des dimensions de l'aile éolienne. Cela ajoute également une grande instabilité de fréquence et la difficulté d'une stabilisation fiable de la tension de sortie, et dans le cas de l'utilisation d'un moteur synchrone, également des dimensions et un poids importants. Au cours d'une longue recherche, la préférence a été donnée à un générateur basé sur un moteur asynchrone avec un rotor à cage d'écureuil. Les avantages de ce générateur sont vraiment impressionnants : dimensions et poids réduits avec une puissance suffisamment importante ; pas besoin de tension d'excitation ; si vous utilisez un moteur à basse vitesse, la puissance du rotor peut être réduite ; la fréquence de sortie est pratiquement indépendante de la vitesse de rotation du rotor du générateur. Cependant, il existe un inconvénient important : ce générateur ne peut pas être surchargé. Le circuit de mise en marche d'un moteur asynchrone avec un rotor à cage d'écureuil est illustré à la Fig. 1.
Caractéristiques techniques de l'éolienne :
Lorsque le rotor du moteur tourne, le champ magnétique résiduel agit sur l'un des enroulements du stator. Dans ce cas, un petit courant électrique apparaît, qui charge l'un des condensateurs C1-C3. En raison du fait que la phase de la tension sur le condensateur est en retard de 90 °, un champ magnétique d'une ampleur déjà plus grande apparaît sur le rotor, qui agit sur l'enroulement suivant. En conséquence, le prochain condensateur sera chargé à une tension plus élevée. Ce processus se poursuit jusqu'à ce que le rotor du générateur entre en saturation (1...1,5 s). Après cela, vous pouvez allumer la machine B2 et utiliser l'énergie générée par le générateur. De plus, pour un fonctionnement normal du moteur en mode générateur, la puissance de charge ne doit pas dépasser 80 % du moteur utilisé comme générateur. Les 20 % restants servent à maintenir la tension sur les condensateurs, c'est-à-dire maintenir le générateur en marche. Si cette condition est dépassée, la tension sur les condensateurs disparaîtra, ce qui signifie que le champ magnétique au niveau de l'induit disparaîtra également, ce qui entraînera la disparition de la tension aux bornes de la machine B2. Et cela se produit presque instantanément. Cela a son inconvénient et son avantage. L'inconvénient est que la remise sous tension n'est possible que lorsque la cause de la surcharge est éliminée et que le disjoncteur B2 est désactivé. Le générateur repasse en mode de fonctionnement (après 1...1,5 s). Après cela, vous pouvez activer B2 et utiliser de l'énergie. L'avantage est le fait qu'il est presque impossible de brûler le générateur, puisque la tension à ses bornes disparaît instantanément, en 0,1 ... 0,5 s. La tension de sortie a une forme sinusoïdale et est parfaitement adaptée à une utilisation ultérieure. La fréquence de sortie du générateur est de 46...60 Hz, ce qui est dans la plupart des cas suffisant pour un usage domestique. En raison de l'instabilité de la tension à la sortie du générateur, il a fallu faire stabilisateur. Quelques mots sur les condensateurs supplémentaires. Le tableau montre la capacité des condensateurs par kilowatt de puissance moteur installée et pour le travail avec une charge - capacité supplémentaire par kilowatt de charge. Par exemple, il existe un moteur de 3 kW. Il est censé y connecter une charge réactive (moteur électrique, poste à souder...) d'une puissance totale d'environ 2 kW. En même temps, nous voulons entre les phases 380 V. Cela signifie que la capacité du condensateur C1 sera de (3x5) + (2x6) microfarads. Puisque C1 = C2 = C3, alors nous avons besoin de trois condensateurs d'une capacité de 30 microfarads. S'il n'y a pas de condensateur de la capacité requise, des condensateurs d'une capacité plus petite peuvent être connectés en parallèle. Les condensateurs doivent être en papier ou en papier métallique pour une tension d'au moins 450 V, et de préférence 630 V. D'après mon expérience, je peux dire qu'il est préférable d'allumer le générateur pour une tension entre phases de 220 V, et entre zéro et phase 127 V. Cela est dû au fait que pour un fonctionnement normal du générateur, le déséquilibre de phase ne doit pas dépasser 45°. Dans ce cas, le câblage peut être effectué selon le schéma illustré à la Fig. 2. Avec ce schéma, il est possible de décharger le générateur autant que possible.
De plus, il est préférable d'alimenter les lampes d'éclairage à incandescence et certains appareils de chauffage en courant continu. Le générateur doit utiliser un moteur à cage d'écureuil à basse vitesse. Un moteur de 360 à 720 tr/min est préférable, mais un moteur de 910 tr/min fera l'affaire. Cela est dû à la nécessité de faire tourner le rotor à environ deux fois la vitesse indiquée dans le passeport du moteur et à une diminution du rapport de démultiplication de la boîte de vitesses. L'éolienne elle-même peut être réalisée selon n'importe quel schéma qui vous convient. Je propose la construction suivante. L'éolienne est une combinaison de rotors Dare et Savonius, légèrement simplifiée et raffinée. Le principe de fonctionnement est illustré sur la figure 3 et ne nécessite aucune explication.
L'éolienne (Fig. 4) se compose d'une aile éolienne 1, d'un support 2 et du générateur lui-même 3. Le support est rigidement bétonné et renforcé de trois câbles de tension 4. Le support peut être en bois, béton, métal.
Vous pouvez utiliser un support qui sert à transmettre l'électricité, ou une pile. Comme extensions, il est préférable d'utiliser un câble en acier d'un diamètre de 6 ... 9 mm ou un fil d'acier d'un diamètre de 10 ... 12 mm. Les béquilles sur lesquelles sont fixées les vergetures doivent également être bien bétonnées. Le cadre des ailes d'une éolienne peut être constitué de tuyaux d'un diamètre de 1 pouce, son dessin est illustré à la Fig. 5.
Les ailerons peuvent être constitués d'une barre d'acier d'un diamètre de 6 mm. Un tuyau à paroi épaisse d'un diamètre de 2 à 2,5 pouces a été utilisé comme arbre d'entraînement, avec un arbre de 300 à 400 mm de long enfoncé dans son extrémité inférieure. Une rainure pour la poulie est réalisée à l'extrémité inférieure de l'arbre. Les roulements sont pris sphériques avec des pinces coniques de marque 2000810 avec des boîtiers correspondants. Après assemblage, l'aile doit être équilibrée. L'aile assemblée est fixée au support de n'importe quelle manière pratique, mais l'essentiel est que la fixation soit suffisamment rigide et fiable. Il a été constaté expérimentalement que le meilleur matériau pour envelopper l'aile est un film de polyéthylène d'une épaisseur de 80 à 120 microns. Il est assez solide, léger et bon marché, et permet d'abandonner le mécanisme de freinage, ce qui est d'ailleurs inacceptable dans cet appareil, car l'aile sera détruite par vent fort. Il est nécessaire de recouvrir d'une pellicule plastique en plusieurs couches, en soudant les coutures avec un fer à souder à travers un morceau de film polypropylène. Je vous recommande de vous entraîner d'abord à la soudure. La couture soudée doit être uniforme et solide. L'aile, bien sûr, peut être recouverte d'autres matériaux, comme de la toile, du contreplaqué ou même du métal, mais il faut penser à un dispositif qui permettra de la décharger par vent fort. Le revêtement en métal ou en contreplaqué n'est pas recommandé en raison de la masse accrue de l'aile. Le cadre lui-même peut être en duralumin, ce qui réduira son poids, mais ce matériau est plus cher. Une aile constituée de lattes de pin d'une section de 50x50 mm a également été testée, mais le résultat n'a pas été très bon, car elle a été mise en pièces lors du premier vent fort. Une boîte de vitesses est utilisée pour entraîner l’arbre du générateur. Vous pouvez utiliser une boîte de vitesses de n'importe quel système, à l'exception d'un engrenage à vis sans fin. Comme déjà mentionné, l'arbre du générateur doit tourner à environ deux fois la vitesse, et l'arbre de l'éolienne tourne à une vitesse de 500 tr/min avec une vitesse du vent de 5 m/s. D'où la restriction sur les moteurs utilisés comme générateur. Un moteur à 360 tr/min pourrait être la meilleure option, mais un moteur à 720 tr/min peut également être utilisé. Lorsque vous utilisez un moteur à 910 tr/min, vous devez augmenter la hauteur de l'aile de 500 mm. Il n'est pas recommandé d'augmenter la largeur de l'aile, car cela réduirait la vitesse de rotation, il ne faut pas non plus la réduire, car avec une augmentation de la vitesse de rotation, la puissance diminuera considérablement, et la loi de diminution n'est pas linéaire. Lors du choix d'un réducteur, il convient de se guider par la règle suivante : pour la vitesse nominale de l'aile de l'éolienne, il faut prendre la valeur de 500 tr/min, ce qui correspond à une vitesse du vent de 5 m/s, la vitesse de l'arbre du moteur augmente de 2,3, puis par des calculs simples on obtient le coefficient de transmission La possibilité de fixer le générateur au support à l'aide d'un réducteur à courroie est illustrée à la Fig.6. Le support lui-même est facile à fixer au support à l'aide de six goujons. Avec un réducteur, le montage est beaucoup plus simple.
Je ne recommande pas de rendre l'arbre de l'éolienne trop long, car il peut simplement être tordu. L'installation de l'éolienne doit être réalisée par temps calme à l'aide des ceintures de sécurité et des griffes de montage. La structure entière doit être mise à la terre. La résistance de mise à la terre ne doit pas dépasser 2 ohms. Au pied il faut installer une armoire dans laquelle il faut placer les condensateurs C1-C3, les automates B1-B2, les diodes V1-V6, un stabilisateur de tension, une machine de contrôle, quatre batteries et un puissant convertisseur de tension pour fournir de l'électricité pendant des temps calmes. La commande automatique permet la commutation des circuits d'alimentation en fonction de la charge et de la vitesse du vent. Un puissant convertisseur de tension assure la charge de la batterie lorsque le générateur est au ralenti, ainsi que l'alimentation électrique des batteries en l'absence de vent ou de très basse tension sur le générateur. Lorsqu'il n'y a pas de vent et que les batteries sont déchargées, la commande automatique assure l'alimentation électrique à partir du réseau standard. Malheureusement, le contrôle automatique et un puissant convertisseur de tension ne sont pas inclus dans le cadre de cet article. Le câble utilisé pour connecter le générateur et l'armoire de puissance doit être triphasé avec une section de conducteur ne dépassant pas 4 mm2. Les câbles utilisés pour relier l'armoire aux consommateurs peuvent être les mêmes. Le bus de terre doit avoir une section d'au moins 12 mm2. Attention! Tous les travaux d'installation des installations électriques doivent être effectués avec la machine B1 éteinte et les condensateurs C1-C3 déchargés. De nombreux problèmes ne peuvent toujours pas être résolus. Par exemple, comment stocker l’énergie inutilisée pour pouvoir l’utiliser en période de calme ? Les piles au plomb et alcalines ordinaires n’ont pas donné les meilleurs résultats. J'espère que les lecteurs s'intéresseront également à ce problème et qu'une solution sera toujours trouvée. Ce générateur peut être connecté à un moteur à combustion interne et utilisé comme générateur de ballast. Cependant, il faut encore acheter du carburant pour de tels moteurs, ce qui n'est pas très rentable. Les capacités des condensateurs inclus dans les phases, en microfarads pour 1 kW de puissance, sont données dans le tableau :
Auteur : V. V. Chirka
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