calcul de couple necessaire pour moteur électrique
Bonjour
Nous étudions le projet de passer de moteurs thermiques a moteurs électrique sur notre grand banks de 50' en bois.
Le bébé pèse les pleins fait , 30 tonnes , 1m20 de tirant d'eau
Hormis le coté technique électrique que j'aborderai plus tard , je souhaiterai connaitre les différentes formules de calculs me permettant d'obtenir le couple nécessaire a ma ligne d'arbre pour déplacer le bateau aussi aisément qu'avec ses moteurs diesel.
Je possède bien les courbes de puissance et de couple de mes moteurs thermique mais je sais aussi que les constructeurs se foutaient un peu qu'il y en ai "trop" alors qu'aujourd'hui la situation est "au plus juste avec une petite marge" compte tenu de leur consommation électrique.
J'ai envoyé des messages a des ingénieurs naval mais aucune réponse de leur part.
Je connais également les diamètres de mes hélices , le diamètre de mes arbres etc.....
Si vous pouviez m’éclairer et me guider dans mes recherches..
Merci a vous
Il sera très difficile, en dehors de placer un couple-mètre entre l'inverseur et l'arbre d'hélice de votre bateau de contrôler le couple utile aux arbres d'hélice.
Si vous avez les couples de votre / vos moteur(s) thermique(s), alors de manière empirique certes, c'est ce couple max de ces moteurs thermiques que vous devez retenir en couple utile pour vos moteurs électriques.
Et j'ai envie de vous dire, tant pi si c'est trop, selon votre hypothèse qui consisterait à affirmer que vos moteurs thermiques sont trop puissants.
Parce qu'un moteur électrique quel qu'il soit consommera le courant, image du couple dont vous aurez besoin.
Si votre moteur électrique à un couple de 100 Nm et que le couple utile à l'arbre d'hélice n'est que de 75 Nm, alors le courant consommé ne sera que de 75% du couple nominal des moteurs.
J'imagine que vous allez partir sur des moteurs synchrones pour remotoriser votre bateau.
Ou avec des moteurs asynchrones asservis en vitesse qui au final s'assimilent à des moteurs synchrones pour l'utilisation qui en en sera faite.
Pourquoi ce n'est pas très grave si vous choisissez de prendre en référence le couple max actuel de vos moteurs thermiques et quelles conséquence ?
La conséquence, c'est que vous installiez un ou des moteurs électriques dont le couple nominal serait trop élevé.
Bon, oui, et alors, ça va couter un chouille plus cher ? OK, mais c'est mieux que de se planter à l'inverse, monter des moteurs avec un couple trop faible au risque de devoir les débarquer pour en remonter d'autres appropriés.
Pourquoi ? Parce que vous êtes sûr que votre bateau à vitesse de rotation égale d'arbre d'hélice aura au moins les mêmes performances.
L'avance d'un moteur synchrone ou asynchrone asservi, c'est que le couple est constant, et en particulier avec des moteurs synchrones.
C'est à dire que de V = 0 à V = 3000 tr/min si vous choisissez une vitesse nominale de 3000 tr/min sur vos moteurs électrique, le couple moteur est constant sur toute cette plage de vitesse.
Ce qui n'est pas le cas des moteurs thermiques.
On voit bien assez directement que l'avantage est aux moteurs électriques de ce point de vue.
Restera à bien choisir sa source d'énergie, donc des batteries, de la tension au bus DC des variateurs de vitesse, et donc du courant, c'est sur un bateau et de loin le plus compliqué. Mais ça se fait.
N'oubliez pas d'intégrer le facteur de marche ou facteur de service de vos moteurs
mais aussi le facteur de sécurité.
En gros le facteur de marche c'est : comment vont fonctionner mes moteurs, taux de marche, temps de repos, ambiance humide, température, accélérations etc etc
Le facteur de sécurité c'est: mon besoin + marge de sécurité, ce qui induit aussi directement sur la durée de vie des composants (moteurs, variateurs )
Il n'y a aucun avantage à avoir un couple constant sur un bateau : le couple absorbé par l'hélice varie comme le cube de la vitesse de rotation (plus exactement, les puristes utilisent la puissance 2,8 du régime).
Donc le couple à bas régime ne sert à absolument rien !
C'est d'ailleurs le même chose pour le moteur thermique, qui peut fournir beaucoup plus de couple que nécessaire. Le seul point où le couple absorbé est égal au couple maximum disponible est au régime maximum si l'hélice est bien dimensionnée...
Je l'ai donnée : puissance = couple x vitesse de rotation.
vitesse de rotation : 1100 t/mn = 1100/60 x 2pi = 115,33 radians/s
281 Nm x 115,33 = 32 352 Wcqfd·le 02 mai 2022 18:10envoie moi ton adresse mail par mp je te fais parvenir la doc ..5 pages et a toi de jouer si tu a sun probleme tu me dis
José
Il est exact qu'il faut fournir un peu plus de poussée pendant la phase d'accélération, justement pour accélérer le bateau, ce qui va amener à augmenter un peu le régime au dessus de celui nécessaire au maintien à la vitesse finale souhaitée, mais la puissance absorbée par l'hélice restera liée au cube du régime...
Il n'y a aucune différence entre un diesel et un moteur électrique sur ce point : un watt est un watt dans les deux cas, malgré les argumentations ésotériques de certains partisans du moteur électrique !
Dans le cas d'un bateau planant, il peut y avoir d'autres phénomènes plus complexes, comme le passage de la "bosse" de trainée au moment du début du planning, mais ici on parle d'un trawler, donc une coque à déplacement.
Personne n'a dit sur un bateau qu'il y avait un avantage d'avoir un couple constant sur une hélice de bateau.
C'est juste que c'est la caractéristique d'un moteur électrique, et encore pour peu qu'il soit synchrone jusqu'à sa limite de décrochage, ou d'un moteur asynchrone s'il est asservi en vitesse.
De toute façon, ce sera le convertisseur ( variateur ) qui fixera la limite de courant.
Mais les courbes d'accélération d'un moteur thermique et d'un moteur électrique n'ont rien à voir. Tout simplement de par les rapports d'inertie mécanique à respecter sur un moteur thermique qu'on a pas ou beaucoup moins sur un moteur électrique.
Alors de là à attester que ça ne sert à rien sur une hélice de bateau............à voir !
@ bugsternc vous avez tout intérêt à conserver les réducteurs (inverseurs), car vous tomberez dans des vitesses de rotations plus élevées au niveau des moteurs électriques.
Et donc, vous allez rester dans des moteurs standards.
Mais côté puissance, et donc conso électrique, ça ne changera pas. Ce sera même un peu moins bon, car le rendement des réducteurs (inverseurs) viendra diminuer d'un peu le rendement total. Grosso modo, pour un i de 3/1 sur des engrenages, on compte 3% de perte de rendement
Ca veut dire que lorsque vous passez 100 % de puissance à l'entrée du réducteur, vous n'en ressortez que 97 % .
@ bugsternc : Si je reprends vos chiffres: (1600 tr/min x 271 Nm) / 9550 = 45 KW.
Sommes nous d'accord ?
Qu'avez vous imaginé comme moteurs électriques ?
Bonjour
Je suis de près cette discussion.
Une chose importante est que sur les courbes de couple de moteurs diesel, le couple est donné avec moteur "en pleine charge" càd accélérateur à fond.
Or, la plupart du temps, qd par exemple on est à 1100 tr/mn, la manette des gaz est à la moitié de sa course.
En clair, si on roule en voiture à 80km/h stabilisé en 5ème tranquilou, le couple délivré par le moteur sera bien inférieur à celui délivré par le moteur si l'on roule à 80km/h stabilisé en 5ème en montée, accélérateur à fond, le régime moteur étant dans les 2 cas parfaitement identique.
Donc ce n'est pas tant le couple théorique du moteur qu'il convient de regarder, mais le couple qu'il délivre à un régime donné pour une position d'accélérateur donnée.
Ainsi le couple nécessaire pour faire avancer le bateau à 5 noeuds devrait être bien inférieur au couple théorique donné par les courbes correspondant au moteur diesel à 1100tr/mn.
Mais comme le souligne Fregoli il faut avoir une réserve de couple pour que l'on ait une possible accélération ou lutter contre des éléments défavorables (vents, courants, équivalents à la montée dans l'exemple sité plus haut en automobile)
@Marilo83 : Je ne vois pas pourquoi la puissance devrait être triplée avec ou sans inverseur.
ce n'est pas la question poser encore que .
entre autre le moteur électrique a le gros avantage de pouvoir tourner lentement sans aucun inconvénient pour la mecanique ce qui n'est pas le cas des moteurs thermique , l'usage est plus souple .. Ainsi sont équipé des navires de recherche oceanique qui sont m^me géostationnaire
Sauf erreur de ma part, les Grand Banks 50' sont/étaient équipés de 2 moteurs Caterpillar 3116 de 300 CV.
Si l'on veut conserver les mêmes performances (mais aussi et surtout le même inverseur et la même hélice !!!) Il faut deux moteurs électriques fournissant la même puissance (maxi) à la même vitesse de rotation (2800 t/m).
Voici les caractéristiques du moteur thermique
Il y a quand même un petit problème : monter des moteurs électriques d'accord, mais d'où viendrait l'énergie ?
Pour un bateau de 30 tonnes, pour atteindre la vitesse de carène, il faut, à la grosse louche 150 HP ou 110 kW...
La plus grosse batterie actuelle en automobile, celle montée sur la Mercedes EQS stocke 107,8 kWh...
Donc autonomie avec cette batterie : 8 nautiques...
Il semble que le coté électrique viendra plus tard. Pour le moment, la demande concerne les caractéristiques moteurs. Mais bien sûr, la fourniture énergétique est essentielle. Perso, j'aurais commencé par là pour voir ce qui était possible.
Ce que tu écris réponds à la demande de bugsternc : 110kw pour naviguer à la vitesse de carène (8nds ?)
Avant de lire ton post, j'allais lui proposer de faire des essais sur un seul moteur. Même si ça change les caractéristiques de l'écoulement des fluides, il serait possible mieux voir la puissance nécessaire pour naviguer à 5nds, le moteur étant plus en charge, et donc ses caractéristiques réelles de couple et puissance se rapprochant plus des courbes théoriques (effectuées moteur à pleine charge)
Le fait de naviguer à 5 nœuds plutôt qu'à 8 va t il demander beaucoup moins de puissance ? c'est je pense l'interrogation initiale du fil, comment déterminer cette puissance.
S'il faut 40kw, l'autonomie serait de 13,5 noeuds. Effectivement très faible, même avec 4 batteries...
La puissance que j'ai donnée provient d'une formule heuristique approchée, courante dans l'architecture navale : 5 HP ou 3,5 kW par tonne de déplacement pour atteindre la vitesse de carène, sans vent ni vagues... Cette formule donne une valeur avec une marge raisonnable : un bateau bien dessiné sera plutôt à 4 HP / 3 kW par tonne.
S'il faut 110 kW à 8 nœuds, il en faudra beaucoup moins à 5 nœuds, environ 24 kW, 20 kW avec 3 kW à la tonne.
Même dans ce cas favorable (coque propre, pas de vent ni de vagues) l'autonomie resterait ridicule (avec la batterie indiquée 5 h soit 25 nautiques avec une batterie pesant 400 kg et coûtant 40 000 €...).
Produire l'électricité avec un diesel donne un rendement global plus faible qu'avec une transmission (80 % environ contre 96 %...).
Quant à la réserve de puissance pour l'accélération, il faut savoir ce qu'on veut : les gros pétroliers ont une motorisation bien adaptée et réduite au minimum par économie, mais mettent 24 h pour atteindre leur vitesse de croisière et ralentissent nettement par gros temps !
Pour répondre à la question de Bugsternc sur le couple, voici celui du moteur Lehman Super 135 de 135 BHP (DIN)/ 127 BHP (SAE) à 2600 t/m
Je n'ai pas pu lire tous les échanges, mais je voulais apporter des éléments d'informations important sur l'optimisation de la consommation des moteurs.
Il est vraiment TRES difficile d'obtenir des informations concrètes, sérieuses, mesurées, sur le sujet.
Mais j'en ai trouvé, étonnamment, en me renseignant sur les moteurs de roue de vélo. (et oui, c'est la même techno)
Déjà, le couple n'a d'importance que pour parler du couple max... Le moteur peut évidemment fournir un couple plus faible, et non seulement cela ne génère pas une perte d'efficacité, mais au contraire, ca l'augmente plutôt un peu.
En clair, un couple trop important ne génère pas une perte d'efficacité !
Par contre, il y a un vrai truc qui génère une perte d'efficacité, c'est de tourner trop lentement : un moteur électrique a une vitesse max par construction (vitesse à laquelle le couple tombe à 0), et le moteur perds en efficacité en tournant à des vitesses trop faibles.
(en gros, s'il est prévu pour tourner à 1000rpm max, son efficacité est sérieusement entamée à 250rpm)
La blague, c'est qu'il s'agit bien de la vitesse de rotation où le couple tombe à 0, pas les données constructeurs de vitesse max (probablement définies par des limites de surchauffe ou d'usure)
En clair, pour avoir un moteur électrique efficace, ce qui compte énormément, c'est qu'il soit calibré pour la bonne vitesse de rotation.
Je vous recommande, si vous voulez motoriser en électrique un bateau, de vous rapprocher de ces geeks de la motorisation électrique : ebikes.ca[...]ne.html
(et oui, ils font justement des motorisations de bateau)
Ce que j'aime chez eux : pas de marketing, pas de com, pas de promesses à la con, pas d'équivalence foireuse, pas de démarche commerciale trompeuse : ce sont des ingénieurs pur jus, et eux leur truc, ce sont les moteurs électrique.
Par contre, il y a un autre domaine à connaitre : l'hélice.
Etant donné que tu as deja le bateau et les hélices, que tu vas conserver, je te conseillerais d’essayer de te procurer un couplemetre. Tu le met sur les arbres et tu fais des essais à divers RPM. Pour chaque RPM tu notes la vitesse et le couple qui sont generés.Et la tu as toutes les infos necessaires pour choisir des moteurs electriques parfaitement adaptés. Par exemple: tu te mets a 1100 RPM et tu notes que ça te donne 5 kt et un couple de 100 Nm (chiffre au hasard). Ensuite tu te mets a 1200 et tu notes que ça te donne 6 kt et 150 Nm. Etc. Tu peux aussi faire ces essais dans des conditions difficiles (vagues, vent de face…) et tu notes que pour maintenir 5 kt il te faut maintenant 1300 RPM et que ça te génère 250 Nm. Avec tout ça tu peux choisir le moteur electrique ayant exactement les bonnes caracteristiques de vitesse et de couple…
@San Marco
Sur un diésel, la notion de gaz correspond au débit de carburant injecté et cela n'est pas du tout proportionnel à la position de la commande moteur.
La commande moteur de nos diésels agit sur le régulateur centrifuge de vitesse installé dans la pompe à injection. On peut très bien injecter 100% du débit de carburant alors que la manette des gaz est seulement à 40%. La rampe de la pompe d'injection qui règle le débit de carburant envoyé aux injecteurs est commandée uniquement par le régulateur centrifuge de vitesse.
Si l'hélice a trop de pas, qu'elle est sale et qu'il y a du vent et de la mer, on peut très bien avoir son moteur plein gaz (injection maximale de carburant) si le moteur a du mal à prendre ses tours.
Sur le 48 pieds, nous avons une hélice dont on peut régler le pas en allant sous l'eau. Son réglage est un débat sans fin entre les différents skippers. Certains adorent aller à 7n à 2000t/mn mais il est alors impossible de faire prendre des tours au moteur si la mer se lève et qu'il y a du vent. Le moteur fume alors du carburant imbrulé car le turbo n'arrive pas à fonctionner correctement avec le moteur qui n'arrive pas à prendre ses tours.
Personnellement, je préfère régler l'hélice pour une vitesse de croisière au couple maxi, même si le moteur fait un peu plus de bruit par beau temps. Mais je reconnais que par mer plate, c'est beaucoup plus sympa d'aller vite avec le moteur qui tourne lentement. Mais il faut être certain de n'avoir que du beau temps.
Juste pour revenir sur la puissance, des fois il est tard ou tôt, et je raconte des conneries plus grosses que moi parce que......Je ferais mieux d'aller dormir
Non non, la puissance n'est pas 3 fois supérieure, mais le couple 3 fois plus grand et la vitesse 3 fois plus petite, ce qui donne bien la même puissance heureusement d'ailleurs !
Pour ce qui est de la techno des moteurs de vélo, si sur le principe fondamental, on parle bien de watts, de volts et de courant, la comparaison a ses limites.
Je pense que les moteurs électriques de plusieurs dizaines de KW sur un bateau doivent être:
Soit des moteurs synchrones type brushless, refroidi à l'eau, mais là, c'est plus un bras ni un oeil que ça coute..........c'est la banque qui sera contente
Soit un moteur synchrone type à reluctance variable servo ventilé, et donc il sait tourner à très très basse vitesse sans aucun problème
Soit c'est un moteur asynchrone avec un codeur ou un resolver en guise d'asservissement de vitesse, lui aussi servo ventilé, et ce moteur pourra aussi tourner à de très basses vitesses sans aucun problème non plus.
Reste effectivement la source d'énergie et son autonomie, et là, je n'ai pas repris les calculs, mais à vue de nez, je pense que l'autonomie n'ira effectivement pas bien loin.
Après, faudra choisir la tension nominale du ou des moteurs électriques
Ensuite le choix des variateurs
Est-ce qu'on choisira des moteurs CC ou AC?
La tension nominale de ces variateurs sera celle du, des moteurs choisis.
Le courant nominal de ces variateurs en sera directement induit.
Et le plus compliqué sera bien entendu la tension, qui devrait être la plus haute possible pour chuter la valeur de courant, mais une tension élevée dans une cale de bateau, hormis sur les yachts et méga yachts et leurs GE, je ne suis pas sûr que ce soit très compatible.
Si vous voulez suivre l'exemple d'un bateau énergiquement autonome, intéressez vous à Energy Observer, mais vous verrez que ce n'est pas un grand bank remotorisé en électrique.
Je ne dis pas que c'est infaisable, mais il faut juste bien avoir à l'esprit que sur batteries, les distances de navigation seront extrêmement limitées
Après, si c'est pour mettre un GE qui recharge des batteries, autant laisser les Diesel actuels en place.
Un dernier point : une installation électrique de cette puissance est un problème technique complexe qui demande une étude sérieuse et une réalisation sans défauts.
On trouve notamment des tensions de plusieurs centaines de volts en continu (700 V sur une Porsche Taycan par exemple) très dangereuses et difficiles à contrôler en cas d'incident.
Les récents incendies de bus à Paris en sont une bonne illustration, et ces bus n'avaient pas été conçus par des bricoleurs dans leur cuisine...
Les installations qu'on voit citer souvent sur bateau sont des installations de quelques kW, en 48 ou 72 V, utilisant des composants de voiturette de golf...
Pour un plus gros bateau, on est dans un tout autre domaine, encore mal maitrisé, et un bureau d'étude compétent est quasi-impossible à trouver.
Un dernier détail : si on prend une solution batterie, les prises de quai fournissent en général 15 A en 230 V, soit 3 kW...
Une batterie de 140 kWh comme on voit sur les rares bateaux électriques va demander 50 h de recharge.
Je trouve tes commentaires désobligeants pour ceux qui ont pris la peine de répondre à ta question initiale plutôt vague, et comprenant des idées préconçues comme "Les constructeurs se foutaient un peu qu'il y en ai "trop"" et l'existence d'une formule miracle. Soit tu veux un ordre de grandeur et, partant de l'ordre de grandeur de 3 à 5 CV.tonne, tu cherches le couple max d'un moteur thermique fournissant (la moitié de) la puissance nécessaire, soit tu cherches sur internet le "Propeller Handbook" de Geer et tu te tapes la démarche complète. Pour t'aider, voila un tableur qui couvre une partie du sujet.
Concernant la suite, tu as dans cette discussion des remarques pertinentes sur l'alimentation électrique... Un merci me semble de mise...
Sinon il y aurait la possibilité de te faire remorquer, la remorque étant équipée d'un dynamomètre. Avec essais à plusieurs vitesses et en notant les paramètres, tu aurais de manière plutôt précise la force nécessaire à une vitesse donnée.
Soit P= F x V (P en Watt, F en newton, V en mètres par seconde)
Reste plus qu'à rajouter un coefficient de sécurité pour mauvaises conditions, coque sale etc...
J'ai oublié qu'il y aurait aussi la trainée des hélices qui viendrait fausser les résultats. Peut être y a t il des moyens de connaitre la valeur de cette trainée ?
Quand je lis ce que je lis, il, faut remettre l'église au milieu du village !
Je cite par un simple copié collé les 2 premières phrases de bugsternc:
Nous étudions le projet de passer de moteurs thermiques a moteurs électrique sur notre grand banks de 50' en bois.
Donc effectivement, vous n'auriez jamais dû parler de moteurs électriques, mais me semble t'il, vous vous en rendez compte un peu tard.
Je pense que ce post n'a plus beaucoup d'intérêt, à commencer par vous amener à votre rendre compte que votre projet est à peu près autant irréalisable que de tomber le dogme qui autoriserait le mariage pour tous dans l'église catholique