Mesure de l’induction radiale à BH-32 à différentes charges

À partir des deux sondes installées sur la circonférence du stator de l’alternateur BH-32, une à 3 h (désignée capteur C1) et l’autre à 9 h (capteur C2), les signaux bruts sont récupérés sous forme de tensions. De manière générale, les deux capteurs installés dans l’entrefer de BH-32

ont un comportement très semblable. La figure 2.14 illustre la tension mesurée par les capteurs C1 et C2 pendant le fonctionnement de l’alternateur pour une condition de fonctionnement de la machine à 60 % de sa charge nominale (38,8 MW) et compare la tension mesurée aux bornes des deux capteurs à la tension intégrée à partir de l’induction magnétique simulée par éléments finis ; on remarque que ces résultats concordent plutôt bien. Les différences observées pourraient être expliquées en grande partie pas le pas de temps choisi pour les simulations qui ne permet pas assez de résolution pour bien capter les phénomènes à très haute fréquences. On peut également constater que la tension mesurée aux bornes du capteur de flux contient plusieurs harmoniques et subharmoniques. L’analyse spectrale du signal mesuré est traitée dans la section suivante. On remarque aussi, à la figure 2.14, que la tension mesurée présente des ondulations reliées aux barres d’amortisseur, de même pour l’induction magnétique sur la figure 2.15.

Pour calculer la densité de flux à partir des tensions induites mesurées par les capteurs, il est nécessaire d’intégrer la tension mesurée à partir des équations obtenues dans la section précédente. La fabrication manuelle de ces capteurs fait que la surface effective de chacun d’eux est différente. La surface effective est mesurée pour chaque capteur à l’aide d’un banc de test fait à l’IREQ qui est basé principalement sur la mesure d’un champ magnétique connu. C’est la valeur effective moyenne ( ∙ ) de 155,14 qui a été utilisée pour intégrer les tensions mesurées par les capteurs C1 et C2.

La densité de flux ainsi mesurée pour une condition de fonctionnement de la machine à 60 % de la charge pour BH-32 est illustrée à la figure 2.15 (a). Celle obtenue à 85 % de la charge avec les deux capteurs est quant à elle illustrée à la figure 2.15 (b). On peut facilement constater d’après ces deux figures que le flux magnétique dans l’entrefer est fonction de la charge. En effet, l’amplitude de la densité de flux magnétique passe de 1,1 à 1,4 Tesla lorsque la charge passe de 60 % à 85 % de la charge nominale.

Figure 2.14 Comparaison entre la tension mesurée aux bornes des capteurs C1 et C2 et la tension à partir de la simulation numérique, BH-32, 60 % de charge (38,8 MW)

Figure 2.15 Induction magnétique mesurée dans l’entrefer : (a) 60 % de la charge par le capteur C2, (b) 85 % de la charge par les capteurs C1 et C2, BH-32

En observant l’induction magnétique radiale mesurée à 60 % de la charge sur plusieurs périodes, on remarque qu’il y a une variation des sommets entre 1,1 Tesla et 1,25 Tesla. Cela peut être expliqué d’une part par la variation de l’entrefer (excentricité, position des pôles plus ou moins éloignés, forme non circulaire du stator ou du rotor) et d’autre part par la précision des capteurs ainsi que par la présence de vibrations importantes sur le stator.

Une analyse spectrale a été effectuée sur l’onde de densité de flux magnétique mesurée à 60 % de la charge nominale. La figure 2.16 montre les fréquences obtenues par cette analyse spectrale ; on constate que la fondamentale à 60 Hz a une amplitude de 1,12 Tesla, suivie par des harmoniques de rang supérieur (3, 5, 7, 9…) de faible amplitude. Par exemple, le troisième harmonique a une amplitude de 0,12 Tesla.

Cette analyse spectrale montre aussi la présence de sous-harmoniques ayant des amplitudes non négligeables. La plus importante est la fréquence de rotation (1,58 Hz) observée dans le spectre, qui a une amplitude de 0,11 Tesla. D’autres fréquences sont observées qui peuvent être reliées aux excitations d’origine mécanique transmises par l’arbre aux champs magnétiques.

Dans le rapport de Labbé, Merkhouf, Giroux & Dirani (2016), on observe notamment que le centre du rotor de BH-32 prend environ trois tours pour compléter une orbite et que le déplacement maximal est d’environ 200 microns. En ce qui concerne les résultats expérimentaux de l’induction magnétique radiale, la durée mesurée est de trois tours, ce qui a permis d’observer une fréquence de 0,526 3 Hz dans le spectre de l’induction. Ce phénomène n’est pas pris en considération dans le modèle numérique par éléments finis dans la présente thèse.

Figure 2.16 Spectre du flux dans l’entrefer à 60 % de la charge, BH-32

Les figures 2.17, 2.18(a) et 2.18(b) montrent la comparaison de l’induction mesurée en fonction du temps avec celle obtenue par simulation dans les mêmes conditions de fonctionnement de l’alternateur à 85 % et 60 % de la charge nominale, et à vide.

On peut constater que les inductions (mesurée et simulée) sont globalement comparables, même si l’amplitude de l’induction mesurée est légèrement plus élevée que celle simulée. Cette différence, de l’ordre de 0,1 Tesla, est certainement due à l’entrefer utilisé pour la simulation électromagnétique. En effet, l’entrefer de conception est plus grand que l’entrefer mesuré moyen, et pour retrouver la même induction dans l’entrefer en simulation, il faudrait utiliser un courant d’excitation plus élevé que celui mesuré.

Des simulations avec un entrefer mesuré (chapitre 5) ou une correction du courant d’excitation pour compenser la variation d’entrefer doivent être envisagées pour diminuer le faible écart entre les résultats de simulation et les mesures.

Figure 2.17 Induction magnétique mesurée (orange et bleu) et simulée (vert) à 85 % de la charge nominale, BH-32

Figure 2.18 Induction magnétique mesurée (rouge) et simulée (bleu) : (a) 60 % de la charge nominale, (b) à vide, BH-32