REGIMES TRANSITOIRES D’UNE GENERATRICE ASYNCHRONE TRIPHASEE ILOTEE

CONSTITUTION ET PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DE LA MACHINE ASYNCHRONE TRIPHASEE 

Constitution de la machine asynchrone triphasée

 Etant un système électromécanique, la machine asynchrone triphasée [5] est un convertisseur d’énergie réversible (énergie électrique en énergie mécanique ou vice-versa) ayant 2p pôles et dont la vitesse du champ magnétique inducteur diffère à celle du champ magnétique induit. La machine asynchrone triphasée est constituée [12] : Du stator : partie fixe formée d’une carcasse feuilletée ferromagnétique (généralement en acier au silicium) comportant des encoches des enroulements triphasés. Du rotor : partie tournante placée dans le stator et formée également d’une carcasse feuilletée ferromagnétique. Il peut être bobiné (comportant des encoches pour les enroulements rotoriques) ou à cage (composé de barres conductrices). De l’entrefer : partie située entre le rotor et le stator, dont l’épaisseur varie de 0.25 [mm] à 1.5 [mm] suivant la puissance de la machine. C’est là où règne le champ magnétique tournant. La figure suivante montre une vue en coupe d’une machine asynchrone à cage présentant un système de refroidissement :

Création du couple électromagnétique 

L’enroulement statorique recevant des courants de pulsation ωs crée un flux tournant à la vitesse angulaire synchrone Ωs=ωs/p. Ce flux balayant les enroulements rotoriques y induit des forces électromotrices et des courants puisque le bobinage est en court-circuit. Le couple est dû à l’action du flux statorique sur les courants rotoriques induits. En effet, selon le théorème de FERRARIS , p systèmes de bobines triphasées, réparties régulièrement sur le périmètre de l’entrefer et alimentées par un système de courants triphasés de pulsation ωs créent p paires de pôles de champ glissant de pulsation de rotation Ωs. L’interaction de ce champ magnétique glissant créé par les courants statoriques et de celui créé par les courants rotoriques suite à un phénomène d’induction électromagnétique engendre le couple électromagnétique au niveau de la machine asynchrone triphasée. 

REGIMES DE FONCTIONNEMENT DE LA MACHINE ASYNCHRONE TRIPHASEE 

Le glissement

 Le glissement est défini [5] comme étant l’écart des vitesses angulaires synchrone Ωs et réelle Ω rapporté à la vitesse angulaire synchrone : s s g Ω − Ω = Ω (1-1) | 17 b. Le couple électromagnétique Suivant l’allure du couple électromagnétique en fonction du glissement [12], trois (3) régimes de fonctionnement de la machine asynchrone existent : Figure 2 ALLURE DU COUPLE ELECTROMAGNETIQUE EN FONCTION DU GLISSEMENT Fonctionnement en génératrice asynchrone : Pour ce régime de fonctionnement, la machine est entrainée à l’hypersynchronisme (Ωs<Ω), ce qui donne un glissement négatif. Le couple électromagnétique et la puissance utile sont négatifs. Par convention, la vitesse de rotation du rotor est positive. Le fonctionnement n’est stable que pour des valeurs du glissement g vérifiant : -g0 ≤ g ≤ 0 où g0 est le glissement correspondant à la valeur maximale du couple électromagnétique. Fonctionnement en moteur asynchrone : Ce régime est caractérisé par un glissement positif (machine entrainée à l’hyposynchronisme). Le couple électromagnétique et la puissance utile sont positifs. La vitesse de rotation du rotor reste, par convention, positive. Analogiquement à la stabilité de la génératrice asynchrone, le moteur est stable pour 0 < g ≤ g0. Fonctionnement en frein électromagnétique : Ce régime est caractérisé par un glissement supérieur à 1 et par l’opposition de sens de rotation du rotor et celle du champ glissant. La machine présente un couple résistant, reçoit de l’énergie électrique du réseau et de l’énergie mécanique provenant du moteur primaire. 

MARCHE EN GENERATRICE ASYNCHRONE TRIPHASEE AUTONOME EQUILIBREE 

Conditions générales pour que la machine asynchrone puisse travailler en génératrice autonome Quel que soit le régime de fonctionnement, la machine asynchrone consomme toujours de l’énergie réactive pour créer son champ magnétique glissant. L’existence d’une aimantation rémanente dans la machine conditionne l’amorçage de la génératrice asynchrone ; Une batterie de condensateurs branchée parallèlement sur les trois phases statoriques isolées du réseau permet également l’apport en énergie réactive ; Le rotor doit être entrainé en hypersynchronisme, d’où la nécessité d’un organe d’entrainement comme la turbine hydraulique. En régime équilibré, la capacité d’excitation à vide [4] est telle que : (1-2) b. Excitation de la génératrice En premier lieu, seule la batterie de condensateurs est connectée aux bornes de la machine. On accélère progressivement la génératrice et une tension aux bornes de cette dernière apparait à partir d’une certaine vitesse (voisine de la moitié de la vitesse de synchronisme). Lorsque la vitesse de synchronisme est atteinte, la génératrice est prête à être connectée avec les charges. Dans le cas d’une très forte surcharge ou d’un démarrage avec une charge aux bornes, la génératrice risque d’être exposée à une désaimantation. Si le cas où l’aimantation rémanente est nulle, l’application momentanée aux bornes d’une phase d’une faible tension continue à l’aide d’une batterie d’accumulateurs permettrait de « réaimanter » la machine. En général, pour maintenir la tension constante délivrée par la génératrice, il faut adapter la puissance réactive fournie par les condensateurs. La pulsation et la tension de la génératrice sont fixées suivant la vitesse d’entrainement et la valeur des capacités des condensateurs. Néanmoins, il est nécessaire d’étudier en détails les paramètres caractérisant la machine asynchrone, surtout lorsque cette dernière est exposée aux régimes déséquilibrés. Cette analyse fera l’objet du chapitre suivant.

MODELISATION DE LA GENERATRICE ASYNCHRONE TRIPHASEE ILOTEE EN MARCHE DIPHASEE EN REGIME DESEQUILIBRE 

Après l’étude succincte de la machine asynchrone triphasée autonome, le chapitre suivant permet d’établir un modèle équivalent de la génératrice asynchrone triphasée, surtout lors des régimes déséquilibrés. La modélisation se fera en premier lieu pour un régime équilibré triphasé et ensuite, celle en régime déséquilibré en marche diphasée en sera déduite. Ce chapitre se terminera par le schéma équivalent de la génératrice asynchrone triphasée autonome en marche diphasée en fonction de ses propres paramètres électriques. 

 MODELISATION DE LA MACHINE ASYNCHRONE TRIPHASEE EN REGIME EQUILIBRE 

L’exploitation des modèles électriques de KIRCHHOFF permet facilement d’analyser le comportement des machines tournantes en supposant quelques hypothèses simplificatrices. La complexité du système électromécanique dans son milieu hétérogène ne nous permet pas d’utiliser les équations fondamentales de MAXWELL qui tiennent compte des propriétés physiques, de la position spatiale de chaque point matériel du domaine à étudier. Pour la modélisation de la machine asynchrone triphasée en régime équilibré, on suppose les hypothèses simplificatrices suivantes : Les enroulements statoriques sont couplés en triangle ; Les courants traversant les bobinages sont supposés triphasés et équilibrés ; La machine est bipolaire pour faciliter l’écriture des diverses expressions ; Le rotor tourne dans le sens du champ magnétique glissant et qu’à l’instant initial, l’angle mécanique est nul.Expressions des tensions Tout circuit électrique présentant une surface S à la traversée d’un flux variable dans le temps est le siège d’une force électromotrice s’il est ouvert, d’un courant induit s’il est fermé. On considère k circuits électriques plongés dans un espace où règne un champ magnétique.