Les conversions éléctromécaniques dans l'éolienne

Rapport de lexpos sous le thme :

Conversions lectromcaniques dans lolien 2014/2015

1 Rdig par : Ahmed MABROUK LP TEREE

Mohamed KHANNIBA

Brahim SLIMANI

Sommaire

1. Rappel sur les puissances lectriques (active, ractive, apparente)

2. Compensation dnergie ractive

3. Rappel sur les transformateurs

4. Rappel sur la MAS, glissement, couple, arbre dcoulement de puissance

5. Fonctionnement en hypo-synchrone et en hyper-synchrone

6. Eolienne base de la MAS

7. Eolienne vitesse fixe

8. Eolienne vitesse variable




Mohamed KHANNIBA

Brahim SLIMANI

1. Rappel sur les puissances lectriques

La puissance active

La puissance active active est la valeur moyenne de la

puissance instantane.

Note P elle s'exprime en WATTS (W).

Elle dpend des valeurs efficaces de u et de i et du

dphasage entre les deux grandeurs.

P = 3 . U . I . cos

(W)

(V) (A)

Donc la puissance active exprime la puissance rellement utile

La puissance ractive

Elle exprime la puissance absorbe (inutile) par des inductances pures ou des

condensateurs et sexprime de la faon suivante

Q = 3 . U . I . sin

(VAr) (V) (A)

La puissance apparente

La puissance apparente est celle que doit fournir le

distributeur pour alimenter l'ensemble des rcepteurs. Elle est

toujours plus grande que la puissance active sauf

si Z gale R, alors S = P

Elle sexprime en deux faons : S = 3 . U .I

- Soit en fonction de puissance active et ractive :

- S = (P + Q)

2. Compensation de dnergie ractive

Le condensateur est utilis principalement pour :

stabiliser une alimentation lectrique (il se dcharge lors des chutes de

tension et se charge lors des pics de tension) ;

traiter des signaux priodiques (filtrage) ;




Mohamed KHANNIBA

Brahim SLIMANI

Compensation de dnergie ractive.

Par linstallation dune batterie de condensateurs (reprsentant une puissance

ractive Qc, qui soppose Q1) on ne prlve plus que Q2 sur le rseau. La

puissance apparente devient S2 avec S2 < S1. Puisque la puissance est

proportionnelle au courant, celui-ci baisse galement.

Qc = Q1 - Q2 Qc = P. (tg 1 - tg 2)

3. Rappel sur les transformateurs

Dfinition du transformateur :

Est un appareil statique induction lectromagntique destin transformer un

systme de courants alternatifs en un ou plusieurs systmes de courants alternatifs

de mme frquence et dintensit et de tension gnralement diffrentes et il est

utilis gnralement pour le transport de lnergie lectrique en loignant les

centres de production et les lieux de consommation ainsi pour ladaptation de la

tension dun rseau lectrique aux diffrents types dutilisations

Et il se constitue de :

Rle du transformateur dans un transport dnergie lectrique :




Mohamed KHANNIBA

Brahim SLIMANI

Rapport de transformation

4. Rappel sur la MAS, glissement, couple, arbre dcoulement de puissance

Dfinition :

La machine asynchrone est une machine courant alternatif sans connexion

entre le stator et le rotor.

Constitution

Stator :

Comme pour la machine synchrone, le stator d'un MAS est constitu d'un

bobinage triphas p paires de ples. L'ensemble de ce bobinage est form

l'aide de 3 enroulements que l'on relie au rseau (triphas de frquence f) par

un couplage toile ou triangle.

Rotor :

Rotor en cage d'cureuil (la grande

majorit)

Rotor bobin

Constitu de barres

mtalliques parallles relies par 2

couronnes (rsistance faible).

Les barres mtalliques

forment un enroulement triphas. Les

extrmits de ces enroulements sont

soudes 3 bagues.

Des balais frottant sur ces bagues

permettent d'accder au

rotor.

Principe de fonctionnement : Les 3 enroulements statoriques aliments par un

rseau triphas quilibr crent dans l'entrefer un champ magntique tournant

la frquence de rotation de synchronisme ns. Les conducteurs du rotor sont

soumis ce champ tournant. Ils sont alors traverss par des courants de

Foucault induits. D'aprs la loi de Lenz (" les courants induits s'opposent par

leurs effets la cause qui leur donnent naissance "). Les enroulements du rotor




Mohamed KHANNIBA

Brahim SLIMANI

tant en court-circuit, la circulation des courants est alors possible. Les forces

de Laplace qui en rsultent exercent des moments sur le rotor. Le rotor tourne

alors la frquence de rotation n.

Le glissement : Le glissement est une grandeur qui rend compte de l'cart de vitesse

de rotation d'une machine asynchrone par rapport la vitesse de rotation de son

champ statorique. On dfinit le glissement par lexpression :

Arbre de puissance de la MAS : La machine asynchrone possde un

coulement des puissances plus complexe que les deux autres types de

machines tant donn quelle prsente deux types de pertes Joules : les pertes

Joules rotoriques PJr et statoriques PJs. Mis part cela, On recense les pertes

fer, Pf, et les habituelles pertes mcaniques communes tous les types de

machines : Pm.

Modes de fonctionnement de la MAS

5. Fonctionnement en hypo-synchrone et en hyper-synchrone

Fonctionnement en mode moteur hypo-synchrone:

Lorsque le courant est connect, la machine commence tourner comme un

moteur, une vitesse lgrement au-dessous de la vitesse synchrone du champ

magntique tournant produit par le stator

La machine asynchrone peut tre fonctionne ainsi mais la puissance de glissant

est alors dissipe en pertes Joule dans le rotor.




magntique tournant produit par le stator.




Mohamed KHANNIBA

Brahim SLIMANI






magntique tournant produit par le stator.



Fonctionnement en mode gnratrice hyper synchrone:

La machine asynchrone peut tre fonctionne ainsi mais la puissance de glissement


Le fonctionnement en gnratrice hyper synchrone est trs utilis pour les

oliennes relies au rseau contrairement la machine synchrone (MS), la MAS

peut tolrer les lgres variations de vitesse dues aux rafales de vent.

6. Eolienne base de la MAS.

Lutilisation de la machine asynchrone dans les oliennes a subi beaucoup

dvolution durant les dernires annes comme il est montr ci-dessous :

7. Eolienne vitesse fixe.

Pour la configuration en vitesse fixe, lolienne est en raccord directement au

rseau :




Mohamed KHANNIBA

Brahim SLIMANI

Les oliennes dcrochage arodynamique

Sur base de la courbe ci-contre qui

reprend l'volution de la portance en

fonction de l'angle d'attaque, on voit que

cette force augmente progressivement

jusqu' un certain angle au-del duquel la

portance chute brusquement. Ce phnomne est

appel dcrochage et l'angle partir duquel il

intervient, l'angle de dcrochage. On voit qu'une

fois l'angle de dcrochage dpass, les

performances arodynamiques du profil sont

nettement dgrades.

Les oliennes dcrochage arodynamique gnrent une puissance lectrique

variable dont

la valeur maximale correspond en gnral à la puissance nominale de la machine.

En dessous de cette valeur, la puissance fournie croit avec la vitesse du vent. Au-

del, la puissance fournie dcroit avec la vitesse du vent.

Les oliennes pales orientables

Le rgulateur peut tre

thoriquement conu soit

pour le calage de toutes les

pales, soit pour celui de

chacune delles

indpendamment. Cette

rgulation indpendante

donne plus de degrs de

libert au systme de

commande. Mais, dans un but de simplicit, on supposera que langle de rfrence

est appliqu sur les trois actionneurs dorientation. Il existe deux technologies

dactionneurs lectriques :

Pour un actionneur pas à pas, langle de calage est obtenu à partir dune

variation pas à pas en

fonction de la vitesse du vent.

Pour un actionneur linaire, la variation de langle de calage est ralise, selon

une fonction

linaire de la vitesse du vent.




Mohamed KHANNIBA

Brahim SLIMANI

8. Eolienne vitesse variable

Eolienne vitesse variable bas sur la MAS

La gnratrice asynchrone cage peut fonctionner `a vitesse variable grce `a

lemploi des convertisseurs de puissance, et peut gnrer une production de

puissance lectrique sur une vaste gamme de vitesse du vent. Une adaptation

constante est ainsi possible entre la puissance arodynamique et le rseau de

distribution.

Intrt dutilisation de convertisseur DC/AC (Aussi convertisseur de frquence)

Schma du convertisseur :

Le convertisseur statique de frquence est utilis pour passer dun signale alternatif

frquence variable vers un signale frquence fixe quon dsire. Il est constitu

dun redresseur qui va convertir la tension alternatif vers une tension continue, puis

on lisse la tension continu par le bus continu (condensateur), on suite, un onduleur

transforme cette tension une tension alternative qui contient des harmoniques,

ces derniers peuvent sliminer laide dun condensateur la sortie de londuleur.

Les conversions éléctromécaniques dans l'éolienne

Documents

Transcript of Les conversions éléctromécaniques dans l'éolienne