Mesures en court-circuit

Dans cette section, les mesures effectuées avec la sortie du régulateur à induction en court-circuit sont présentée. Les essais suivants sont réalisés : mesure de puissance en position minimale et maximale et essais d’échauffement de la machine.

10.3.1 Mesures de puissance en court-circuit

Le premier essai est réalisé avec le rotor en position minimale avec une tension d’alimentation de phase de 230 [V]. Cet essai permet de comparer le résultat avec le cal-cul analytique et la simulation.

Le résultat est présenté dans le tableau suivant (les tensions présentées sont des ten-sions de phase) :

Tableau 37 : Puissance en court-circuit du régulateur à induction en position minimale Les puissances et le courant du réseau sont semblables aux estimations. Par contre, le courant au stator et au rotor sont fortement différent. Cette différence pourra être expli-quée une fois les éléments du schéma équivalent connus.

 Position maximale

Le régulateur à induction est placé en position maximale avec une tension d’alimentation réduite. Pour ce faire, le montage suivant est réalisé :

Figure 90 : Schéma de la mesure en court-circuit en position maxiamle

Calcul Simulation Mesure

UL1‐N [V] 230 230 230

Ireseau [A] 8,4 9,07 10 Irotor [A] 2,9 2,12 5,73 Istator [A] 10,9 10,67 15,67

Angle Ireseau‐Istaor[°] 0 6 3

Angle Ireseau‐Irotor[°] 180 180 180

Angle Istator‐Irotor [°] 180 186 183

Preseau [kW] 0,78 0,84 0,6 Qreseau [kVar] 5,75 6,20 7 Sreseau [kVA] 5,8 6,26 7

cos(phi)reseau 0,13 0,135 0,09

L’autotransformateur alimente avec une tension élevée un transformateur. Ce transforma-teur permet d’obtenir une tension de sortie entre 0 [V] et 70 [V] pour une tension d’entrée entre 60[V] et 600 [V]. Cela permet de diminuer l’intensité du courant au réseau durant la durée des tests.

A la figure suivante, est présenté le transformateur intermédiaire :

Figure 91 : Essai en court-circuit avec transformateur

Une tension d’alimentation de phase de 15 [V] est appliquée. Les résultats sont présentés dans le tableau suivant (les tensions présentées sont mesurées entre phase et neutre). Les résultats de mesures sont comparés au script de calcul analytique et à la simulation:

Tableau 38 : Puissance en court-circuit du régulateur à induction en position maximale L’ensemble des courants est environ deux fois plus élevé lors de la mesure que lors du calcul analytique ou de la simulation. Cette différence peut être expliquée en déterminant les inductances de fuite.

 Détermination de et ′ du schéma équivalent

Calcul Simulation Mesure

UL1‐N [V] 15 15 15

Ireseau [A] 34,5 32,1 60,2 Irotor [A] 16,8 15,62 29,4 Istator [A] 17,7 16,5 30,8

Angle Ireseau‐Istaor[°] 0 0 0

Angle Ireseau‐Irotor[°] 0 0 0

Angle Istator‐Irotor [°] 0 0 0

Preseau [kW] 0,2 0,21 0,8 Qreseau [kVar] 1,54 1,43 2,6 Sreseau [kVA] 1,55 1,44 2,7

cos(phi)reseau 0,13 0,143 0,31

A partir de ces informations, les éléments restants du schéma équivalent peuvent être trouvés. Pour rappel, le schéma du transformateur en court-circuit est le suivant :

Figure 92 : Schéma équivalent du régulateur à induction en court-circuit Les valeurs suivantes ont été mesurées :

0.977∡180° 30.8 29.4 15 Le courant du secondaire est rapporté :

29.4

0.977 ^30.1

Le courant rapporté au primaire et le courant du primaire correspondent bien. Cela im-plique qu’un très faible courant circule dans la branche magnétisante. Il peut être négligé. Les tensions rapportées dans le schéma équivalent peuvent être calculées :

′ ∙ 15 ∙ 0.977∡180° 14.66

15 14.655 29.66 L’impédance en court-circuit peut être calculée :

29.66

30.8 ^{0.962 Ω}

0.962 0.162 ∙ 0.977 0.126 0.921 Ω

Les impédances Xs et Xr’ sont supposées identiques :

≅ ≅ ^. . Ω

 Discussion sur les inductances de fuite

Les réactances de fuites ont été calculées pour le rotor à 0.857 [Ω] et pour le stator à 0.787 [Ω]. Elles ont été déterminées grâce à la formule suivante [1] :

4 ∙

∙ ∙ ∙ ∙ 2 ∙ ∙ ∙

Les facteurs et sont donnés en fonction du type de bobinage. Ils ont été considé-rés à 0.2 pour le premier et à 0.2 pour le second [1].

Il s’agit de facteurs empiriques dépendant du type bobinage. Pour retrouver les mêmes résultats que lors des mesures, il aurait fallu considérer les deux facteurs à 0.3.

Une inductance de fuite trop basse influence fortement les résultats de l’essai à vide et de l’essai en court-circuit. En effet, lors de l’essai à vide, la chute de tension sur Xσs est

moins importante donc la tension induite sera plus grande. Lors de l’essai en court-circuit l’impédance de court-circuit est plus petite donc le courant est plus important.

10.3.2 Mesures de thermique du régulateur à induction

Dans cette section, les essais d’échauffement thermique de la machine sont réalisés. Pour ce faire, le régulateur à induction est placé dans la même configuration que pour l’essai en court-circuit en position maximale. C’est-à-dire alimenté via l’autotransformateur et le transformateur avec une tension d’alimentation réduite.

La tension de phase d’alimentation est 40.5 [V]. Le régulateur à induction est en position maximale. Cela permet un courant au stator et au rotor avoisinant 80 [A] :

Tableau 39 : Caractéristiques du court-circuit pour l’essai thermique

Deux essais seront réalisés : sans ventilation forcée et avec ventilation forcée. Le courant dans les enroulements est maintenu constant et l’évolution de la température des enrou-lements est relevée à intervalles réguliers grâce aux sondes PT100 présentes dans les têtes de bobines.

 Sans ventilation forcée

La température ambiante est de 28 [°]. Le premier test est réalisé sans la ventilation for-cée. Le résultat est présenté à la figure suivante :

Tableau 40 : Evolution de la température des enroulements sans ventilation

L’essai est arrêté lorsque la température du rotor atteint 120[°C] par crainte pour le bobi-nage. L’évolution de la température au stator et au rotor est relativement linéaire.

UL1‐N [V] 40,5 Angle rotor [°] 90 Ireseau [A] 161 Irotor [A] 80,8 Istator [A] 83,3 Preseau [kW] 6,7 Qreseau [kVar] 18,4 Sreseau [kVA] 19,6 cos(phi)reseau 0,34

Dans cette configuration, les pertes cuivre au rotor sont de 3'213 [W] et de 2'620 [W] au stator. La masse du cuivre au rotor est de 25 [kg] et de 35 [kg] au stator. En appliquant le calcul d’échauffement adiabatique, cela donne un temps de 382 [s] au rotor pour atteindre 120 [°C] et un temps de 409 [s] au stator pour atteindre 80 [°C].

Sans ventilation et pour un courant important, le calcul de l’échauffement adiabatique cor-respond très bien.

 Avec ventilation forcée

Le même test est réalisé mais cette fois-ci avec la ventilation forcée de la machine en-clenchée.

Tableau 41 : Evolution de la température des enroulements avec ventilation

L’essai a été arrêté lorsque la température du rotor a atteint 113 [°C] par crainte pour le bobinage. En effet, une erreur a été effectuée lors du bobinage du rotor. La sonde de température PT100 a été montée du côté ventilation. La sonde de température PT100 au stator est montée du côté opposé à la ventilation, ce qui est correct.

Avec la ventilation forcée et pour ces courants, la température tend vers 115° pour le bo-binage rotorique et vers 85° pour le bobo-binage statorique. Sur la base de la figure précé-dente, il est possible de déterminer la constante de temps thermique du système. Elle vaut environ 260 [s], soit 4 minutes et 20 secondes.

La différence de température entre le stator et le rotor s’explique par, des pertes cuivre plus petites au stator, une masse de cuivre plus importante au stator et une meilleure ven-tilation sur l’extérieur de la machine (stator).

 Image thermique

Des images à la caméra thermique ont été réalisées durant cet essai. Les images des en-roulements de la machine sont présentées à la figure suivante :

Figure 93 : Image thermiques des enroulements lors de l’essai en court-circuit

A la figure suivante est présentée l’image des plaques à bornes et des fusibles HPC 100 [A] de l’autotransformateur :

Figure 94 : Images thermique de la plaque à bornes et des fusibles lors de l’essai en court-circuit