Démonstrateur de mini turbine Pelton

Ce projet consiste à concevoir un démonstrateur mobile d’une petite turbine afin d'expliquer au public comment les centrales hydroélectriques produisent de l'électricité. Elle sera également utilisée par des étudiants durant les laboratoires d'hydrauliques de la HES-SO Valais-Wallis.

La maquette est montée sur un chariot afin de pouvoir faciliter les déplacements entre l'école et les différents lieux de démonstration. L’eau entraînant la turbine Pelton circule en circuit fermé grâce à une pompe. Un écran tactile permet de faire l’interface homme-machine afin de donner des consignes et recevoir des mesures de divers capteurs (couple, débit,…).

L'énergie produite par la génératrice sera :

• En mode îlot : consommée par des résistances de puissance fixées au dos de l'armoire électrique (plusieurs niveaux de dissipation de puissance disponibles). Des lampes afficheront la quantité d'énergie dissipée.
• En mode réinjection : directement réinjectée dans le réseau (après synchronisation) comme c'est le cas pour de vrais génératrices.
   

L’automatisation de ce démonstrateur a été réalisée à l’aide d’un PAC (Contrôleur d’Automatisme Programmable) programmé avec le langage de programmation graphique LabVIEW.

Les PAC combinent la robustesse d'un automate programmable (PLC) avec les fonctionnalités d'un PC dans une architecture logicielle ouverte et souple. Le PAC a été ajouté à l’armoire de commande existante. Il contient un module de tête connecté au réseau Ethernet et possédant un processeur.

Les algorithmes de commande et de régulation (PID) programmés sous LabVIEW sont chargés dans ce module et fonctionnent de manière autonome comme sur un automate programmable (PLC). Il s’agit de régler et maintenir constante la vitesse de rotation de la turbine Pelton pour maintenir une fréquence électrique fixe de 50Hz, malgré les variations de charges (consommateurs). Pour ce faire, le régulateur adapte à tout moment le degré d’ouverture du pointeau qui dirige l’eau sur les augets de la turbine Pelton.

La supervision a également été programmée avec LabVIEW et réalisée au moyen d’un Panel-PC tactile lui aussi connecté au réseau Ethernet. L’utilisateur peut ainsi agir sur les différentes consignes et visualiser les mesures sur l’écran. Toutes les grandeurs importantes de l’installation sont enregistrées (Log) dans une base de donnée installée sur le PC ( Module DSC de LabVIEW) DSC = Datalogging, Supervisory and Control).

L’utilisateur peut à tout moment visualiser les grandeurs enregistrées sous forme de courbe actuelle en temps réel ( Real Time Trend) ou alors afficher des courbes historiques stockées dans la base de données ( Historical Trend). Il est également possible d’exporter les données enregistrées sous la forme d’un fichier texte avec tabulations lisible par exemple avec Excel.

La réalisation de ce démonstrateur a connu un grand succès et a été montré dans plusieurs manifestations en Suisse. Il n’existe pratiquement pas de démonstrateur de ce type, facilement déplaçable et rapidement mis en œuvre. L’impact pédagogique sur le public et lors des laboratoires d’étudiant est convaincant.