Utilisation de la MADA pour produire des tensions à fréquence fixe

La raison principale pour utiliser la MADA consiste généralement à produire une tension triphasée dont sa fréquence est constante. En effet, la fréquence f_stator reste égale à la fréquence f_reseaudu réseau électrique auquel est connectée la génératrice, et ce malgré les variations de la vitesse du rotor Ωr causée par les fluctuations de la puissance mécanique fournie par le moteur primaire d’entraînement. Pour atteindre ce but, la fréquence f_rotor des courants alternatifs introduits dans les enroulements du rotor de la MADA doit être ajustée en permanence. La fréquence f_{rotor nécessaire pour maintenir la fréquence de sortie de la} génératrice f_statorà la même valeur de la fréquence f_reseau , dépend de Ωr et peut être calculée en utilisant l’équation suivante :

. 60 r rotor reseau p f = f −Ω (2.26) où rotor

f est la fréquence des courants alternatifs qui doivent être introduits dans les enroulements du rotor de la GADA, exprimée en Hertz;

reseau

f est la fréquence du réseau d’alimentation en courant alternatif à laquelle est connecté la MADA, exprimée en Hertz;

Ωr est la vitesse du rotor de le MADA, exprimée en tr/min; p est le nombre de pôles magnétiques par phase dans la MADA.

En utilisant cette équation, à la vitesse synchrone Ωs, la fréquence des courants alternatifs qui doivent être introduits dans les enroulements de rotor de la génératrice est égale à 0 Hz

(c’est-à-dire courant continu). La machine serait donc exploitée comme une machine synchrone classique.

2.2.6.1 Mode hypo synchrone

Lorsque la vitesse Ωr du rotor de la génératrice diminue en dessous de la vitesse nominale synchrone Ωs, la fréquence frotordes courants alternatifs qui doivent être introduits dans les

enroulements de la génératrice augmente en conséquence et elle est de polarité positive. La polarité positive de la fréquence f_rotor indique que la séquence de phase des courants alternatifs triphasés alimentés dans les enroulements rotoriques, doit faire tourner le champ magnétique du rotor dans le même sens de rotation du rotor de la MADA, comme illustré à la Figure 2.10. Dans ce mode, le glissement est positif, la puissance de glissement est négative et elle est transférée du réseau au rotor de la MADA par l’intermédiaire des CCR et CCG. Dans ce cas, le CCR fonctionne comme un onduleur et le CCG fonctionne comme un redresseur. La réversion de la direction de la puissance de glissement dans le circuit du rotor est réalisée en inversant l’ordre de phase de la tension alternative ou de courant qui est injecté dans l’enroulement du rotor de la MADA.

2.2.6.2 Mode hyper synchrone

De même, lorsque la vitesse Ωr du rotor de la génératrice augmente au-dessus de la vitesse synchrone nominale Ωs, la fréquence des courants alternatifs qui doivent être introduits dans les enroulements du rotor augmente en conséquence et elle est de polarité négative. La polarité négative de la fréquence du rotor indique que la séquence de phase des courants alternatifs triphasés alimentés dans les enroulements du rotor doit faire tourner le champ magnétique de rotor dans le sens opposé de celui du rotor de la génératrice, comme illustré à la Figure 2.10.

Dans ce mode, le glissement est négatif, la puissance de glissement est positive et transférée à partir du rotor du générateur au réseau électrique par l’intermédiaire des convertisseurs liés

au rotor de la MADA, où le CCR fonctionne en tant que redresseur et le CCG comme un onduleur.

La figure 2.11 montre les directions d’écoulement de puissance de glissement de la MADA à la fois en mode hypo synchrone (du réseau électrique au rotor) ainsi qu’en mode hyper synchrone (du rotor au réseau électrique).

Figure 2.11 Écoulement de puissance de la MADA

Pour notre exemple, la génératrice comporte 2 paires de pôles magnétiques et elle alimente un réseau électrique en courant alternatif de fréquence freseau de 60 Hz.

Considérant qu’une turbine éolienne fait tourner la génératrice à une vitesse de 1980 tr/min, la fréquence des courants alternatifs qui doivent être introduits dans les enroulements de rotor de la génératrice peut être calculée comme suit :

. 1980*2 60 6 60 60 r rotor reseau p f = f −Ω = Hz− = − Hz (2.28)

La fréquence f_rotor des courants alternatifs à introduire dans les enroulements du rotor de la MADA de sorte que la fréquence f_statorde la tension de sortie de la génératrice soit égale à la fréquence f_reseau du réseau électrique est de 6 Hz. La polarité négative de la fréquence f_rotor

MADA CCR CCG Pm r s P =±gP CCG P Totale P CCG P Mode Hypersynchrone ΩrΩs Mode Hyposynchrone ΩrΩs

indique que le champ magnétique créé dans les enroulements du rotor doit tourner dans le sens opposé de rotation du rotor.

Toute déviation de la vitesse Ωr par rapport à la vitesse de synchronisme Ωs est compensée en ajustant la fréquence f_rotor de sorte que la fréquence f_stator reste égale à f_reseau. En d’autres termes, la fréquence f_rotor est réglée de telle sorte que la vitesse du champ magnétique tournant qui traverse les enroulements de stator reste constante.

Par conséquent, afin de maintenir la tension produite au stator égale à la tension du réseau électrique, une valeur de flux magnétique spécifique doit être maintenue dans la machine (ou plus précisément au niveau des enroulements du stator).

Ceci peut être réalisé en appliquant une tension aux enroulements rotoriques de la génératrice. Cette tension est proportionnelle à la fréquence des tensions appliquées aux enroulements de rotor (ce qui maintient le rapport Vstator / f_statorconstant et assure une valeur du flux magnétique constante dans la machine).

La valeur du rapport Vstator / f_statorest généralement réglée de façon à ce que la puissance réactive du stator Qstator soit égale à zéro. Ceci est similaire à la pratique courante utilisée avec des générateurs synchrones classiques où le courant d’excitation (courant continu dans le rotor) est ajusté afin de mettre la puissance réactive du stator Qstator égale à zéro.