Les machines asynchrones à double alimentation

Généralité sur les Systèmes Eoliennes

I.10.2. Les machines asynchrones à double alimentation

I.10.2.1 Structure des machines asynchrones à double alimentation

La machine asynchrone à double alimentation présente un stator analogue à celui des machines triphasées classiques (asynchrone à cage ou synchrone), constituée le plus souvent de tôles magnétiques empilées, munies d’encoches dans lesquelles viennent s’insérer les enroulements.

L’originalité de cette machine provient du fait que le rotor n’est plus à cage d’écureuil coulée dans les encoches d’un empilement de tôles, mais il est constitué de trois bobinages connectés en étoile dont les extrémités sont reliées à des bagues conductrices sur lesquelles viennent se frotter des balais lorsque la machine tourne. (Figure I.13)[HAM08]

Fig.I.13. Structure du stator et des contacts rotoriques de la MADA I.10.2.2 Principe de fonctionnement

Le principe de fonctionnement des machines asynchrones repose sur les lois de l’induction.

STATOR

Chapitre I Généralité sur les Systèmes Eoliennes

Pour un fonctionnement en générateur, le stator est alimenté par une première source de tension triphasée équilibrée de fréquence fs, le rotor est lui relié à une seconde source alternative de fréquence fr. Les courants circulant dans les enroulements statoriques créent champ tournant à la vitesse synchrone Ω_𝑠 = ^𝜔^𝑠

𝑝; de manière analogue les courants rotoriques produisent un champ rotorique tournant à une vitesse Ω_𝑟 =^𝜔^𝑟

𝑝 par rapport au rotor.

Dans le cas où le champ tournant du rotor tourne dans le même sens de rotation que celui du stator, le glissement est positif et le rotor tournera moins vite que le champ tournant statorique : la machine fonctionne en régime ou mode hypo synchrone. Dans le cas contraire, le champ tournant crée par les enroulements du rotor tourne dans le sens contraire du sens de rotation du champ tournant statorique, le glissement devient négatif et le rotor tourne plus vite que le champ tournant crée par le stator : la machine fonctionne en mode dit hyper synchrone.

[BEN11] [LOU16]

I.10.2.3 Mode de fonctionnement de la machine à vitesse variable

En générale, la MADA permet de fonctionner en moteur ou en générateur, mais la différence avec les autres types de machine réside dans le fait que pour la MADA, ce n’est plus la vitesse de rotation qui impose le mode de fonctionnement moteur ou générateur. En effet nous savons qu’une machine à cage doit tourner en dessous de sa vitesse de synchronisme pour être en moteur et au-dessus pour être en générateur. Par contre dans le cas de la MADA, c’est la commande des tensions rotoriques qui permet de gérer le champ magnétique à l’intérieur de la machine, offrant ainsi la possibilité de fonctionner en hypersynchronisme ou en hyposynchronisme aussi bien en mode moteur qu’en mode générateur. Comme il est montré dans la figure I.14.

➢ Fonctionnement en mode moteur hyposynchrone

Le fonctionnement en mode hyposynchrone du moteur est réalisé lorsqu’il s’agit d’une plage de réglage de vitesse s’étendant de la vitesse de synchronisme à une vitesse plus faible. Le quadrant 1 de la figure I.14 montre que la puissance est fournie par le réseau au stator ; la vitesse de rotation est inférieure au synchronisme, "la puissance de glissement" est renvoyée sur le réseau via les convertisseurs connectés au rotor, c'est la cascade hyposynchrone.

➢ Fonctionnement en mode moteur hypersynchrone

Le fonctionnement en mode hypersynchrone du moteur est réalisé lorsque la vitesse de la machine peut varier au delà de la vitesse de synchronisme. Dans le quadrant 2, nous voyons

que dans ce mode de fonctionnement une partie de la puissance fournie par le réseau va au rotor via les convertisseurs statiques et est convertie en puissance mécanique.

➢ Fonctionnement en mode génératrice hyposynchrone :

Dans le quadrant 3, la puissance est fournie au réseau par le stator. La puissance de glissement est aussi fournie par le stator. Le rotor absorbe la puissance du glissement et la direction du champ magnétique est identique à celle du champ du stator. On a donc un fonctionnement générateur en dessous de la vitesse de synchronisme.

➢ Fonctionnement en mode génératrice hypersynchrone :

Dans ce mode de fonctionnement comme le montre le quadrant 4, la totalité de la puissance mécanique fournie à la machine est transmise au réseau aux pertes près. Une partie de cette puissance correspondant à g.Pmec est transmise par l'intermédiaire du rotor.

Fig.I.14. Bilans simplifiés des transferts d’énergie dans une machine à double alimentation lorsque la vitesse varie de la moitié au double de Ω

I.10.2.4 Avantages et inconvénients de la MADA

Nous introduisons succinctement dans ce paragraphe les avantages et quelques inconvénients de la Machine Asynchrone à Double Alimentation lors de son fonctionnement à vitesse variable. [SAL07]

Chapitre I Généralité sur les Systèmes Eoliennes

➢ Avantages de la MADA :

Parmi ses nombreux avantages, nous citons :

✓ La mesure des courants au stator et rotor, contrairement à la machine à cage, donnant ainsi une plus grande flexibilité et précision au contrôle du flux et du couple électromagnétique.

✓ Le partage des fréquences entre le stator et le rotor : en effet, dans le cas d’une double alimentation, il est possible et recommandé de partager la fréquence de rotation du rotor entre les deux convertisseurs alimentant la machine, réduisant ainsi les pertes fer de la machine et augmentant son rendement.

✓ La solution avec deux convertisseurs alimentant la machine nous permet d’assurer un partage du courant magnétisant entre les deux armatures ainsi que la puissance mécanique fournie à la charge.

✓ La MADA présente une puissance massique légèrement plus élevée que les autres machines à grandes puissances.

✓ La possibilité de fonctionner à couple constant au-delà de la vitesse nominale.

✓ La MADA se comporte comme une machine synchrone et l’on peut pratiquer des rapports de démagnétisation très importants (de l’ordre de 1 à 6).

✓ Un fonctionnement en régime dégradé, si l’un des deux onduleurs tombe en panne, plus souple que la machine à simple alimentation.

Les figures I.15 et I.16 montre les caractéristiques mécanique de la MAS comparée à celle de MADA.

Fig.I.15. Comparaison de zone de Fig.I.16. Représentation d’un fonctionnement en survitesse sans fonctionnement avec

démagnétisation : machine à cage et MADA démagnétisation d’une MADA

➢ Inconvénients de la MADA :

❖ Machine plus volumineuse que celle à cage, généralement elle est plus longue à causes des balais.

❖ Nous utilisons un nombre des convertisseurs (deux redresseurs et deux onduleurs ou un redresseur et deux onduleurs) plus importants que la machine à cage (un redresseur et un onduleur).

❖ Le coût total de la machine asservie est plus important que celui de la machine à cage.

Nous soulignons que des études récentes, tenant compte de la chute du prix du silicium, donnent maintenant un petit avantage à la MADA.

Dans le document Présenté par : Roummani Khayra. Contribution à des commandes robustes à des sources d énergie nouvelle et à leur connexion aux réseaux électriques (Page 43-47)