18DWINDSPINNER

lien_youtube: 
https://youtu.be/n9n1R2ArimE
description mécanique: 

"La Dionysienne WINDSPINNER : conçue, fabriquée et testée à l'IUT de St-Denis, France !"

INNOVATION :

originalité de la solution technique : éolienne à axe vertical de type Darrieus, détermination du profil de pale par algorithme génétique (biomimétisme), génératrice triphasée à très faible inertie, contrôle et régulation du transfert de puissance à la charge par convertisseurs d'électronique de puissance redondants, gestion du freinage par alimentation d'une résistance de charge de faible valeur --> SysML pour présenter la solution technique

procédés de fabrication originaux : impressions 3D en PLA de petites pièces et boites électriques, usinages avec MOCN 3 axes des bras de pales, des pièces de génératrices et des éléments de pied en bois, soudure à l'arc à électrode enrobée, résine pour enroulements, détermination du profil de pales adapté au concours par algorithme génétique, usinage des pales en polystirène par CNC maison (découpe fil chaud), amélioration état de surface et rigidification par papier Kraft, utilisation d’une plateforme web de CFAO électronique, ...

choix des matériaux : matériaux à faible impact environnemental (bois) et/ou faible densité (polystyrène), métal et cuivre. Pas de circuit magnétique dans la MSAP --> Zoom sur bilan carbone produit

évolutions par rapport aux éoliennes du même IUT des années précédentes : meilleur profil de pales, génératrice triphasée plutôt que monophasée, solution intégrée de régulation et d'électronique de puissance (hacheurs "buck"), carte de secours : hacheurs redondants et gestion du freinage.

COMMUNICATION :

page web dédiée à cette éolienne sur le site internet www.gimeole.fr

vidéo (rappel : maximum 2 minutes) : https://youtu.be/n9n1R2ArimE

poster technique (forme et fond) : sur stand

facebook du GIMlab de l'IUTSD : https://fr-fr.facebook.com/gimlab/

autres actions de communication : les étudiant.e.s de l'équipe et membres de l'association "GIM'Eole IUTSD 93" promeuvent ce projet --> Salon "Savante Banlieue de l'UP13", demandes de subventions, Salon "Maker Faire" à La Villette, journées portes ouvertes de l'IUT, sites web IUT et UP13, communiqué de presse et exposition de restitution post-concours GIM'eole, accueil de "Petits Débrouillards"....

INTEGRATION URBAINE :

esthétique et design : de forme agréable à l'oeil, à l'arrêt et en rotation (s'inspire du "hand spinner" à la mode dans les cours de récréation), 3 pales pour équilibrer le regard, couleurs et sponsors...

finitions : poncée, nettoyée, vernie, peinte et recouverte d'un film plastique + autocollants des sponsors.

impacts pour le voisinage (bruit, réflexion lumineuse, ...) : aspect mat donc pas de réflexion lumineuse, bruit maîtrisé par l'utilisation d'une chaîne d'énergie directe et roulements hautes performances, ...

sécurité (qualité de construction, limitation de la vitesse de rotation en cas de fort vent, …) --> ZOOM sur le dispositif de freinage (alimentation d'une résistance de charge de faible valeur via le hacheur "buck" redondant via commutateur automatique)

description éléctrique: 

MAINTENANCE :

Introduction

maintenance préventive : maintenance systématique : opérations effectuées suivant un échéancier établi.
maintenance conditionnelle : les opérations sont déclenchées lorsque certains paramètres mesurables atteignent un seuil limite (révélateur d’un état de dégradation avancée de l’équipement). La maintenance conditionnelle peut être mise en œuvre en surveillant certaines grandeurs physiques telles que les vibrations, la température, le champ magnétique, les grandeurs électriques, etc.

En ce qui concerne notre éolienne et sa MSAP, citons les possibilités de maintenance préventive :

surveillance des vibrations au niveau de la machine : les défauts introduisent des vibrations supplémentaires sur le système électromécanique. Ces vibrations excessives sont utilisées comme indicateur de défauts sur l’éolienne.

les défauts de la machine synchrone peuvent conduire à des oscillations de couple et un déséquilibre au rotor. Par conséquent, la surveillance du couple peut être proposée pour la détection des défauts. Toutefois, l’installation des capteurs de couple doit être réalisée sur l’arbre rotor ce qui rend le système de surveillance complexe et coûteux.       

la surveillance des roulements peut être réalisée en se basant la température. En effet, le standard IEEE 841 stipule qu’en état normal de fonctionnement, la température du roulement ne doit pas augmenter de plus de 45°C. Cependant, la température peut être affectée par d’autres paramètres tels que l’environnement, la vitesse de rotation, le couple développé, etc. L'analyse de la composition, le contenu, la taille et la classification des particules d'usure dans l'huile de lubrification des roulements et de nombreux autres composants de la machine asynchrone permettent aussi de déterminer leur état de fonctionnement.           

surveillance des émissions acoustiques

surveillance des flux de la MSAP

Remarque : ces techniques sont compliquées à mettre en œuvre et nécessitent des capteurs supplémentaires, ce qui augmente le prix, la complexité du système de surveillance et peut diminuer la fiabilité de l’ensemble du système puisque ces éléments sont également assujettis à des défaillances.                   

Autre possibilité : analyse des courants ou de la puissance. Basée sur des mesures de courant et / ou de tension déjà disponibles à des fins de contrôle et de protection. Par conséquent, aucun capteur supplémentaire et aucun dispositif d'acquisition ne sont requis.

Dans notre cas :

intégration de capteurs à l’éolienne : (accéléromètre pour analyse vibratoire), caméra thermique sur les roulements et cartes électroniques durant le concours, capteur de vitesse + capteurs de courant et tension en sortie de l'éolienne (pour la régulation), ...

détection d’anomalies : informations reportées sur écran de supervision (smartphone) --> défaut du driver des transistors MOSFET et état carte de commande (régulation auto/manu)

traitement et communication des informations à l’usager : par interface graphique de supervision sur smartphone (liaison bluetooth) --> régulation et gestion du convertisseur de secours / freinage

présence de documents pour la maintenance (montage, démontage, gammes de maintenance, etc…) : à consulter sur le stand

FIABILITE :

solidité apparente de la construction : structure équilibrée en bois vernis et peint pour extérieurs, mât renforcé, pales renforcées avec tiges aluminium et papier kraft, pales haubanées, boites électriques étanches (presse-étoupes et joints), chaîne d'énergie simplifiée (MSAP + électronique de puissance intégrée), (protections contre perturbations électromagnétiques), ...

estimation de la fiabilité dans le temps (estimation visuelle) : nombreux essais en soufflerie à l'IUT et pas de casse constatée pré-concours

redondance active : commutation automatique/manuelle vers le convertisseur électronique de puissance de secours (redondance / freinage)

fiabilité en manche 1 : Cf. concours

photo éolienne: 
  • Vue de la génératrice (MSAP triphasée) à faible inertie de la Dionysienne WINDSPINNER
    Comparaison des performances de la Dionysienne WINDSPINNER et de la Dionysienne TORNADO
    Nouveau pied de la Dionysienne WINDSPINNER
    Convertisseur électronique de puissance de la Dionysienne WINDSPINNER (redresseur + hacheur "buck" + hacheur "buck-boost" + commutateur de hacheur pour redondance et freinage)
    Interface permettant de piloter la commutation des convertisseurs via smartphone et liaison blue-tooth
    Découpe des dissipateurs thermiques des convertisseurs par électro-érosion (Plateau Technique de l'IUTSD - Merci Joyce !)
    Présentation du projet GIM'eole et vente de gâteaux lors des JPOs de l'IUTSD
    GIM'lab : "makerspace" du dpt GIM de l'IUT de Saint-Denis