ELEC 2311 : Physique interne des convertisseurs électromécaniques
Thème 2005-2006

Un industriel a pris ses vacances dans un chalet isolé dans la région de Saint-Hubert, dont l'énergie électrique est fournie par un groupe électrogène. Compte tenu de l'augmentation du prix des carburants, il se dit que la cogénération (génération simultanée d'énergie électrique et de chaleur) pourrait être une solution plus avantageuse.

Le groupe de cogénération serait dimensionné pour assurer la demande d'électricité : une chaudière classique pourrait rester nécessaire pour faire l'appoint de chauffage.

Après avoir parlé de son projet à quelques experts de ses amis, son projet se précise comme indiqué plus loin. Une batterie est de toute façon nécessaire pour permettre le démarrage du moteur. Elle serait aussi utile pour pouvoir satisfaire les demandes soudaines d'énergie électrique (démarrage du compresseur du frigo par exemple).
En outre, lorsque le groupe de cogénération doit produire de l'électricité sans que l'on ait besoin de chaleur, la chaleur dégagée est gaspillée. L'industriel se demande donc s'il ne serait pas intéressant d'augmenter la capacité des batteries afin de réduire ces pertes.

Il se demande aussi s'il ne serait pas opportun de concevoir une génératrice électrique optimisée pour cette utilisation. Le prix des bons aimants permanents ayant beaucoup diminué ces dernières années, il pense qu'un générateur électrique à aimants permanents pourrait être intéressant pour convertir la puissance mécanique fournie par un moteur à combustion interne en puissance électrique. Il charge donc son équipe d'ingénieurs de mettre au point un générateur synchrone (voir le chapitre 8 du livre ) spécialement conçu dans ce but. La durée maximum de cette première étude est de 11 semaines (d'autres parties du dispositif seront étudiées par la suite).

Pour fixer les idées, on convient de faire l'étude en supposant une consommation électrique moyenne de 200 W (la même chaque jour de l'année), la puissance instantanée variant de 0 à 500 W au cours de la journée.

On convient aussi de considérer que la demande de chaleur se répartit au cours de l'année comme suit :

L'entreprise dispose d'un logiciel moderne de calcul des champs magnétiques par une méthode d'usage général. Elle dispose aussi de langages de programmation permettant de réaliser des logiciels mieux adaptés au problème traité.

Pour permettre à l'équipe de tester ses méthodes de calcul, deux stators triphasés ont été achetés auprès d'un industriel belge spécialisé dans la production de petites séries (d'autres maquettes peuvent être réalisées, mais il faut tenir compte du délai de livraison).

De plus, un rotor muni d'aimants permanents montés en surface a été réalisé de façon à constituer avec un des stators une machine synchrone. Ce rotor a été réalisé dans le petit atelier dont dispose l'entreprise. D'autres maquettes peuvent être construites, mais il faut tenir compte du délai de fabrication !

Comme les données du calcul sont amenées à être modifiées pour les adapter à des situations différentes, et que d'autres adaptations pourraient être nécessaires après étude du moteur à explosion, les résultats de cette première étude doivent se présenter sous la forme

• d'une méthode (comportant idéalement des logiciels spécifiques d'aide à la conception ...) permettant d'effectuer rapidement une conception globale le moment venu ;
• d'un test de la méthode de calcul des performances relatif à un dispositif sur lequel on puisse effectuer une vérification expérimentale ;
• d'une vérification de la maniabilité de la méthode en examinant l'effet d'une variation d'un ou quelques paramètres importants.

Dernière mise à jour le 12-09-2005