Dionny Hallyday
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« Diony Hallyday », c’est le nom que nous avons donné à notre éolienne pour cette édition 2022 à St Nazaire. Les pages suivantes vont vous permettre de pouvoir découvrir notre équipe ainsi que le fruit de notre travail.
Présentation de l’équipe
L’équipe Dionny Hallyday est composé de cinq membres ayant chacun travaillé sur une partie différente de l’éolienne. Voici nos cinq champions ! :
Dans l’ordre : Ververt Rolf, Tachi Ilies, Ternullo Norman, Le Cordroch Yoan et Haidara Daouda.
Nous ferons de notre mieux lors de ce concours pour mener notre éolienne à la victoire !
Figure : Diony Hallyday sur Solidworks
Notre éolienne est principalement constitué de pièce réalisé par imprimante 3D. Les pâles ont été reprise d’une année précédente car en les testant nous nous sommes rendu compte qu’elles performaient de manière optimale, comme on dit rien ne se créait tout se transforme !
Le rotor et le stator ont aussi été conçu par impression 3D pour ainsi minimiser le poids tout en ayant une résistivité importante.
En ce qui concerne la structure du mât nous nous sommes orienté vers de l’acier notamment pour sa faciliter à être soudé et modelé. Ainsi nous avons pu être libre dans sa conception et améliorer son esthétique global.
Pour finir les pieds de notre éolienne sont en forme de X cela favorise la stabilité de l’ensemble de la structure.
Procédé impression 3D
Un système qui nous été essentiel dans la conception de cette éolienne est l’imprimante 3D. Nous avons la chance dans notre établissement de disposer de plusieurs imprimantes fonctionnelle et utilisable par tous les élèves du département GIM.
Figure : imprimante CREALITY cr-10 max
Afin de réaliser une impression 3D il est important de suivre un processus simple mais précis :
Tout d’abord il faut enregistrer à partir de SolidWorks la pièce que nous voulons matérialisé au format STL. Cette étape est crucial car sans cela le logiciel que nous utilisons (Ultimaker Cura) ne reconnait pas le fichier.
Ensuite il faut disposer ce fichier sur Ultimaker Cura ou l’on pourra paramétrer en détail l’impression à l’aide de fonction et de procédé. Voici un visuel de ce logiciel :
Figure : Logiciel Ultimaker Cura
Par la suite il suffit simplement de transférer le fichier sur une carte Sd et enfin de lancer le processus d’impression sur l’imprimante.
Une éolienne, c’est quoi ?
Une éolienne est une turbine qui transforme l’énergie cinétique du vent en énergie électricité. Cette manière de produire de l’énergie possède de nombreux avantages : elle n’émet pas ou très peu de gaz à effets de serre (lors de sa fabrication et installation), elle est peu chère (le vent est une ressource gratuite). Ainsi elle participe à la transition énergétique, enjeu majeur des prochaines années.
Figure : chaine d’énergie de l’éolienne
Figure : Diagramme SysML
Présentation de notre l’éolienne
Notre éolienne « Dionny Hallyday » est une éolienne à axe horizontal. Se basant sur le modèles des moulin à vent, l’hélice contient 6 pâles tournant de manière aérodynamique. L’avantage de cette structure est son rendement supérieur. Depuis le début de l’année scolaire, nous travaillons chacun sur une partie puis nous nous concertons afin d’obtenir l’éolienne final. Voici une brève présentation de ce que chacun à pu faire :
Stator
Pour la concevoir, nous avons fabriqué un stator adapté au rotor pour pouvoir produire de l’électricité à l’aide des aimants et des bobines. Grâce à 9 bobines (soit 3 bobines par phases) avec un nombre de spires et un diamètre précis pour satisfaire les besoins du concours.
Pour remettre en route l’éolienne en cas d’un défaut lié au courant circulant dans les bobines (court-circuit) où au stator lui-même, nous avons à disposition un stator de secours ayant des bobines pour pouvoir démonter et remonter la génératrice si besoin.
L’avantage de cette 2e génératrice est de gagner du temps en cas d’accident.
Nous allons aussi prendre avec nous des fils de cuivre et une machine à souder pour réaliser les bobines et les souder entre elles au cas où.
- Matériels besoins :
- Machine à souder
- Fils de cuivre (500/0,5)
- Entretoise
- Clé à laine/pipe (taille 13)
Figure : Stator sur SolidWorks
Le stator est constitué de deux partie séparable. En son sein il y une partie vide permettant la disposition du bobinage que l’on va protéger avec un cache afin d’éviter l’usure.
Figure : Cotation du stator
Dispositif électronique de puissance
Rotor et aimantation
Afin de transformer l’énergie mécanique en électricité, il est nécessaire de disposer d’un rotor en complément du stator précédemment introduit. Le tout compose alors la génératrice. Son fonctionnement est le suivant :
La génératrice fonctionne en mettant un champ magnétique, créé par des aimants, en mouvement. Ce mouvement est créé par la rotation des pales. Donc, plus le champ magnétique est fort et le mouvement rapide, plus il y aura d’électricité produite.
Notre rotor est fixé au stator à l’aide de petites tiges filetées accompagné d’écrous et rondelles pour le rendre le tout sûr. Cette simple disposition nous permet alors de réglé la hauteur du stator et ainsi minimiser les frottements.
Figure : Rotor de l’éolienne sur SolidWorks
Le rotor de la Dionny Hallyday se compose de deux cylindre séparer de quelque centimètre en leur centre. Tout au long de ces cylindres sont disposés des emplacement devant accueillir les aimants.
Les aimants ont été agencé de manière à respecter les pôles de paires.
Cette partie mobile est donc inséré dans une tige d’aluminium et afin de faciliter la rotation nous avons disposé à l’intérieur du rotor deux roulements à bille.
L’innovation de ce rotor se trouve dans sa polyvalence. En effet, le rotor que nous avons conçu peut aussi bien s’adapter sur une éolienne horizontal que verticale. Il pourra notamment participer au concours Gim’EoleX.
Figure : Mise en plan SolidWorks du rotor
Figure : Boitier hacheur sur SolidWorks
Le boitier du hacheur à pour but principal de contenir la carte électronique permettant de contrôler la partie puissance de l’éolienne. Il a pour aussi pour objectif de protéger la carte électronique qu’il contiens, contre les intempéries. Notre hacheur possède des bornes pour une entrée 24V pour l’alimentation de la carte et des ses composants, des bornes pour brancher une inductance (sert à stabiliser le courant contre les changement brutal), des bornes pour une charge résistive de freinage, puis enfin mais surtout, des bornes pour recevoir le triphasé de l’éolienne et des bornes de sortie vers la charge batterie à alimenter.
Le boitier à été modélisé sur SolidWorks, et voici ci-dessus capture d’écran de l’assemblage de celui-ci. Il est composé de 3 principales parties qui sont la carte électronique, qui est fixée sur une base (ici en rouge) qui servira de capot pour le bloc bornier (en bleu ici), qui contiendra les borniers et les câbles nécessaires au fonctionnement du hacheur.
Figure : Mise en plan SolidWorks du Boitier hacheur
Voici donc une vue en plan du boitier. On remarque de part sa forme qu’il a été pensé avec une entrée et une sortie d’air afin de refroidir les composants à l’intérieur. L’aérodynamisme du boitier à été travaillé de manière à ce que le flux d’air soit assez conséquent dans le boitier.
La base du boitier est la pièce sur laquelle sera fixée la carte électronique. Celle-ci se trouve au dessus du bloc, à l’envers, afin qu’un quelconque écoulement de fluide dans le circuit d’aération ne puisse pas créer de court-circuit sur le PCB. La carte y est encastrée et celui-ci est fixé a l’aide de vis et d’insert filetés dans le bloc bornier.
Le bloc bornier est la pièce qui sera fié au mat de l’éolienne et sur laquelle la base sera vissé. Celui-ci est penché de 40° par rapport à la vertical afin de créer un flux d’air en son sein dan le but de dissipé la chaleur émise par le hacheur. Comme dit précédemment, si il y a un quelconque écoulement de fluide, celui-ci sera évacué grâce a la gravité, sans entrer en contact avec le PCB. Son but est donc dans un premier temps de contenir la carte, dans un second temps, de dissiper la chaleur émise et enfin, protéger le hacheur des intempéries.
Structure du mât
Le mât a été conçu avec soin avec tout le matériel de sécurité. Nous avons respecté les étapes de conception apprise plus tôt dans notre formation.
Nous lui avons donné cette forme si particulière (angle droit) afin d’équilibré au mieux l’ensemble de la structure.
Figure : Mise en plan SolidWorks de l’éolienne
Comment la maintenir ?
Etant donné sa simplicité, la Dionny Hallyday est peu demandant en entretien. Néanmoins pour son bon fonctionnement il est nécessaire de réaliser des interventions simples et rapides.
- Une inspection régulière du serrage des vis et écrou de fixation présent à l’arrière du plateau. La présence de frottement entre le rotor et le stator peut amener à une nuisance sonore ainsi qu’une légère baisse de performance.
- Le contrôle cyclique des roulements à bille présent sur la tige de fixation.
Ces opérations concernent surtout des opérations de maintenance préventive. Nous avons également réalisé des opérations de maintenance curative. En effet, lors d’un test en soufflerie, certains aimants ont été expulsé du rotor par force l’inertie. Nous avons donc du remplacer les aimants directement après afin de pouvoir le plus rapidement possible en soufflerie pour des tests.
Figure : Opération de maintenance curative sur le rotor
Pour organiser tout ça, nous avons utilisé au cours de cette année le logiciel Capilog qui permet d’organiser sa GMAO (gestion de la maintenance assisté par ordinateur). Ce logiciel permet notamment de lister ses équipements et définir leur localisation. Il permet également de planifier les diverses interventions de maintenance ainsi que de créer des modes opératoires.
Figure : Page d’accueil du logiciel de GMAO Capilog
Nous avons également réalisé une vidéo tutoriel afin de prendre en main ce logiciel. Voici le lien : https://www.youtube.com/watch?v=TlivNAdjV34&t=777s
PARI_Maintenance-Identification_des_risques-Redresseur_Hacheur
Remerciements
Nous remercions les étudiants de la Shooting star avec qui nous avons collaborer étroitement afin de pouvoir réaliser deux éoliennes pour le concours.
Figure : photo de groupe des deux équipes