Sperate "On-Line "

Éolienne PiggottElec.

Tableau de régulation

Premièrement, quelques consiérations sur la production d'électricité à l'aide de cette éolienne.

La génératrice construite est de type tripahsée. Trois conducteurs électriques, correspondant chacun à une phase, descendent le long du mat et s'acheminent jusqu'au tableau de régulation. A cet endroit le premier élement du tableau est un redresseur qui va transformer le courant alternatif tripahsé en provenance de l'éolienne en courant continu utilisable pour charger une batterie. Le circuit électrique traverse ensuite un shunt (pour mesurer le courant injecté par l'éolienne) puis un fusible de 32A avant de déboucher sur la batterie. En parallèle de la baterie, se trouve le régulateur à délestage. Cf schéma et photos.

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- tableau de régulation -

La vitesse de rotation à vide est proportionnelle à la vitesse du vent. Lorsque la génératrice est branchée sur une charge (batterie à charger ou simple résistance électrique), le mouvement de rotation est freiné par cette charge. Plus la charge est importante, plus le vent devra être fort pour maintenir la rotation. Lorsqu'on court-circuite les 3 phases de la génératrice, l'éolienne est stoppée et quelle que soit la vitesse du vent, elle ne redémarrera pas, la puissance nécéssaire à la faire tourner étant trop importante.

Pour éviter que l'éolienne n'atteigne une vitesse excessive et s'emballe en cas de très fort vent ou de tempête, il faut s'assurer que celle-ci soit toujours branchée sur une charge, même lorsqu'on à fini de charger le parc de batteries. C'est le rôle du régultateur à délestage. Lorsque les batteries auront atteint une tension de consigne correspondant à leur tension à l'état chargé, le régulateur va dévier la puissance électrique provenant de l'éolienne vers une resistance qui va la dissiper dans l'air, ou dans l'eau s'il sagit d'une resistance de chauffe-eau.

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- régulateur à délestage -

En cas de dysfonctionnement du régulteur à délestage, pour éviter de surcharger les batteries et donc de les détériorer, j'ai ajouté au tableau un frein electromécanique. Il s'agit d'un disjoncteur triphasé dont le fonctionnement a été modifié (il met les trois phases en court-circuit lorsque la gachette est actionnée) et dont la gachette est actionnée à l'aide d'un petit transistor en cas de surtension sur une phase, cf. schéma.

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- frein survitesse électromécanique -

Régulateur à délestage

Il s'agit d'une carte electronique qui se contente de maintenir la tension de batterie à une valeur consigne. Tout excès de courant en provenance de la génératrice de l'éolienne qui aurait pour effet d'augmanter la tension de la batterie au dessus de la consigne est dévié vers une charge de délestage. A vous de voir quoi. Pour ma part il s'agit d'un resistance de chauffage que j'ai légèrement modifié pour qu'elle dissipe environ 700W sous 24V. Mais j'ai aussi prévu à terme une résistance immergée pour chauffer de l'eau.
Pour les curieux qui auraient un peu de temps à perdre, voila grossièrement le cheminement de la réalisation de cet élement : Sonsivri Forum
J'ai conçu un circuit analogique tout simple, que j'ai voulu réalisable avec des composants courants et assez faciles à approvisionner.
Il n'y a pas de régulation du courant de charge de la batterie mais seulement une consigne de tension maximale aux bornes de celle-ci.

Le fonctionnement est assez simple : lorsque la tension de batterie lue sur les bornes "batt sense" tend à dépasser la consigne, un signal carré de type PWM (MLI en français) à 50Khz, généré à l'aide d'une rampe (NE555) et d'un comparateur (LM311N), vient attaquer un MOSFET de puissance (IRF3205) qui vient lui-même actionner la résistance de délestage de manière "proportionnelle" au dépassement. Tout ceci est stabilisé par une boucle de contre-réaction (IC4B et C) dont la partie intégrateur (R13/C30) assure une très bonne précision.

N'étant pas un expert des boucles de réglation, ni de l'électronique analogique d'ailleurs, je demande aux électroniciens avertis ou pas de me donner leur avis sur ce circuit. Je suis plus que demandeur de conseils et commentaires sur mon boulot pour pouvoir progresser !

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- schéma du régulateur -

Quelques explications concernant le circuit

  • Le régulateur est prévu pour fonctinner avec une batterie 24V.
  • ATTENTION AU BROCHAGE DES TRANSISTORS BIPOLAIRES !!
    J'ai utilisé ceux que j'avais, à savoir des Motorola, mais j'ai remarqué que d'autres fabricants utilisent parfois un brochage différent.
  • Pour la consigne, Vous pouvez utiliser des valeurs de potentiometre (R16 ou R8/R27) différentes en fonction de la plage et de la finesse de réglage que vous souhaitez. Pour régler la consigne vous pouvez mesurer la tension en sortie de IC4A et la multiplier par 3.2 pour obtenir la tension de déclenchement de la régulation (tension à ne pas dépasser sur la batterie).
  • Le potentiometre R10 de 50k sert à limiter la puissance envoyée à la charge de délestage.
  • Concernant la self de lissage dont je ne suis pas sur de l'utilité, elle fait environ 25uH et comme elle a été mal réalisée elle fait un bruit terrible lorsque le circuit régule. J'ai fait une dizaine de tours avec 4 fils de cuivre émaillé sur un tore de déparasitage récupéré dans un onduleur pour PC.
  • J'ai essayé de séparer les masses de la parie puissance et de la partie régulation, ce qui m'a amené à alimenter la partie régulation à travers les conducteur de mesure de la tension batterie (batt sense -). Le "+" quand-à lui, vient de VBAT qui est relié à la partie puissance (Turbine + ou Battery +).
  • Avant-dernier point, j'ai fait le bourrin avec les 8 capas réservoir de 4700u pour éviter les appels de courant dans les câbles mais je ne sais pas vraiment si elles sont nécéssaires (en tout cas en si grand nombre ..).
    FAITES ATTENTION LORSQUE VOUS BRANCHEZ LE RÉGULATEUR SUR LES BATTERIES, LA CHARGE DU BANC DE CAPAS M'A ENTAMÉ UNE BORNE DE BATTERIE !!
    Pour éviter ce désagrément, vous pouvez brancher le régulateur aux batteries à travers une resistance de 1000ohm disons, puis l'enlever pour un fonctionnement normal
  • Dernier point, le circuit semble très bien marcher. La régulation attaque fort lorsqu'il faut délester mais elle se stabilise bien. La précision est inférieure à la dizaine de millivolts. Pas de surchauffe constatée sur le la diode de roue libre, le MOSFET ou la self de lissage.

Plus de mesures sur la "propreté" des signaux (histoire de voir si le filtrage LC de puissance assure son rôle) et sur les caractéristiques de la boucle de régulation (réponse impulsionnelle, temps de réponse, etc.) à venir ...

Téléchargements

Fichiers Eagle :