8/8/2019 TP sur gnratrice asynchrone

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Priode de lanne : Cette activit se droule en fin de 2me

semestre.

Pr-requis : Contenus denseignement sollicits lors de cette activit.

Machine asynchrone modlisation et schma quivalent.

Puissances et mesures de puissances.

Compensation dnergie ractive.

Variation de vitesse de la machine courant continu.

Tache : T41

Contenus denseignement lis au taches : 4. Rcepteurs et gnrateurs.

4-3 Machine asynchrone.

4-32. Rversibilit de la machine asynchrone.

Objectifs :

En fin dactivit les tudiants doivent avoir mis en vidence le fonctionnement de la

machine asynchrone en gnratrice et avoir pris conscience des grandeurs qui influencent ses

caractristiques externes tel que tension en fonction de la puissance.

Dans le cadre dune utilisation dans une olienne, tudier son excitation par analogie

avec la machine synchrone et vrifier les limites de performancesde la gnratrice obtenuecompte tenu des variables influentes que sont le vent, lexcitation et la puissance demande

par les rcepteurs.

Moyens mis votre disposition :

Banc machine asynchrone couple un moteur courant continu. (1.5 kW)

Plan de charge rsistif de 4 kW

Plan de charge capacitif de 2 kVars.

Moyens de mesure.

Division : 2 me Anne BTS Electrotechnique

Thme support : Energie renouvelable (Gnratrice asynchrone)

Prparation : Individuelle ou en groupe

Organisation du groupe : Binme

Laboratoire : Laboratoire essai de systmes

Dure : 5 H

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Prparation :

Dans la majorit des oliennes larognrateur entrane une machine asynchrone qui

ralise la conversion nergie mcanique en nergie lectrique.

Ce furent les premires machines utilises, en effet cette machine est robuste du pointde vue mcanique et ncessite une faible maintenance.

Dautre part, il est possible de la connecter directement au rseau sans tre confront

aux problmes de lamplitude et de la frquence qui sont inhrents la machine synchrone.

Depuis dautres solutions ont t envisages et mises en uvre utilisant la machine

synchrone .

On se propose de faire ltude dune gnratrice asynchrone couple au rseau puis dans

un deuxime temps en mode isol.

1. Fonctionnement en gnratrice couple sur le rseau :

Le modle retenu par phase de la machine est le modle ramen au stator avec fuites

globalises au rotor.

Valeurs numriques du modle tudi : Rs = 4.4 ; Rr = 3.84 .

L = 472 mH et Lr = 43.7 mH

On rappelle que la puissance Ptr dveloppe au rotor sexprime de la manire suivante :

o :

Ws la pulsation des tensions statoriques

Lr inductance de fuites globalises ramene au rotor.

Rr rsistance rotorique et g le glissement.

Vs valeur efficace de la tension au stator.

Rr

WsgLr

WsgLr

RrLrWs

VsPtr

+

=13

2

1

Vs

Rs

L

Lr

Rr/gVs1

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1.1 Reprsenter la caractristique Ptr = f(g) en confondant Vs1 et Vs.

1.2 Prciser les limites de g. Quel domaine de variation de m satisfait au fonctionnement de

larognrateur ?

1.3 Prciser du point de vue de la machine si la puissance active est absorbe ou fournie.

Limpdance Z de la machine par phase peut scrire Z = a + jb avec b toujours positif .

1.4 Montrer que la machine forcment un comportement inductif. Conclure.

2. Fonctionnement de la machine en mode isol : Auto-excitation par condensateur :

2.1 La machine vide tant entrane par lolienne, noncer la condition pour quune

tension apparaisse aux bornes de la gnratrice.

2.2 Cette tension tant damplitude relativement faible comment pourrait-on lamener sa

valeur nominale ?

La gnratrice a besoin dnergie ractive pour crer son champ magntique glissant.

On peut donc esprer amorcer une machine asynchrone dont les enroulements statoriques sont

isols du rseau en connectant une batterie de condensateurs ses bornes.

Le schma quivalent devient alors le suivant en ngligeant les pertes joules au stator.

Lauto-amorage a lieu si les deux conditions suivantes sont satisfaites :

Puissance active totale = 0

Puissance ractive totale = 0

Ce qui revient au mme de dire que limpdance quivalente une phase de la machine Z = a

+ j b est nulle. Soit a = 0 et b = 0.

La ralisation des ces deux conditions conduit aux relations suivantes :

VsL

Lr

Rr/gC

Rcepteur

purement

Rsistif R

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2222

22

)1()(

)1(

+

=

WCLRWL

WCLLRLr

(1)

))1

(1( 22

LW

CWR

R

Rrg += (2)

2.3 On fixe une frquence de 50 hz. En posant )1( 2 = WCLX Calculer la valeur de C

et en dduire la puissance ractive fournir pour une puissance active de 1000 W sous la

tension nominale.

2.4 Dterminer la puissance ractive que doit fournir une batterie de condensateur afin

dobtenir la tension nominale statorique vide (courant au rotor nul).

Manipulation :

On utilise afin de simuler laromoteur un moteur courant continu excitation spare.

Il faudra veiller tout au long des manipulations ne pas dpasser les caractristiques de ce

moteur.

On pourra ventuellement pratiquer le dfluxage de la machine courant continu en

respectant lintensit maximale admissible par linduit afin dobtenir des vitesses suprieures

au synchronisme.

Le banc de mesure rpond alors au synoptique suivant :

Les grandeurs de rglages de la machine courant continu sont : tension dinduit Ucc et

courant dexcitation Iex.

3. Machine sur le rseau :

La machine asynchrone est couple au rseau et entrane au-del de sa vitesse de

synchronisme par lintermdiaire dun moteur courant continu. On obtient alors une

gnratrice hypersynchrone.

Attention : Il faut sassurer que le sens de rotation est identique pour les 2 machines.

Attention aux couplages du stator.

3.1 Augmenter la vitesse de la machine afin dobtenir le courant nominal dans un

enroulement statorique puis mesurer la valeur de la puissance active P et ractive Q de la

machine asynchrone.

Machine

courant

continu

Machine

asynchrone

Rseauou charge

rsistive et

capacitive

Liaison

mcanique

Liaison

lectrique

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3.2 En vous appuyant sur le modle de la machine fournie lors de la prparation , calculer P

et Q. Discuter des diffrences ventuelles pour les 2 mesures prcdentes.

3.3 Quel est le paramtre qui fait varier la puissance fournie au rseau ? Conclure quant la

valeur du facteur de puissance de la machine.

4. Gnratrice auto-excite :

4.1 La gnratrice tant vide et non connecte au rseau, entraner alors le groupe la

vitesse de 1500 tr.min-1 constante. Visualiser la tension gnre par phase au stator.

Justifier sa frquence.

4.2 Afin de rendre cette tension exploitable on connecte au stator des condensateurs.

Relever la valeur de Vs pour plusieurs valeurs des condensateurs C.

Consigner vos relevs dans le tableau du document rponse , puis tracer la

caractristique Vs en fonction de C Vs= f(c).Pour 100% du banc capacitif visualiser la tension aux bornes dune phase ainsi

que le courant qui le concerne. Commenter les oscillogrammes obtenus.

4.3 Par analogie avec la machine synchrone en alternateur donner le rle de C. Montrer la

difficult de contrler la tension Vs en comparaison avec la machine synchrone en

alternateur.

4.4 On garde la valeur de C qui permet dobtenir Vs vide gale la tension nominale.

Relever alors la tension aux bornes de la gnratrice en fonction de la puissance

dbite P sur charge rsistive ainsi que le courant dans le stator Is Tracer Vs = f

(P) .

Relever en mme temps Q puis conclure sur les limites de fonctionnement de la

gnratrice asynchrone.

Remarque : lorsque la gnratrice dcroche elle ne peut plus samorcer. Afin de la

ramorcer nouveau il faut couper lalimentation du moteur courant continu, etconnecter la machine asynchrone au rseau afin de rcuprer du rmanent. On peutensuite la dconnecter du rseau et la ramorcer.

4.5 Refaire les manipulations prcdentes avec 100% de C en service. Visualiser la tensionet le courant dune phase pour 25 % de la charge rsistive. Commenter les

oscillogrammes obtenus.

Influence de la variation de vitesse du vent charge fixe avec une excitation fixe 100 %

du banc capacitif.

4.6 A partir dun point de fonctionnement 25 % du plan de charge rsistif et partir de N =

1500 tr.min-1 diminuer la vitesse et relever P et Q ainsi que la tension et le courant

gnrs. Commenter vos relevs.

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4.7 A partir dun point de fonctionnement 25 % du plan de charge rsistif et partir de N

=1500 tr.min-1 augmenter N en relevant les mmes grandeurs que prcdemment.

Commenter vos relevs.

Attention ne pas dpasser la tension maximale admissible par les condensateurs.

4.8 Que faudrait-il faire afin de garder Vs constante ?

Quels sont les risques gnrs par lemploi de machine asynchrone en moteur

compens par des capacits lors de larrt.

Pourrait-on votre avis partir dune vitesse nulle, la charge tant connecte les

condensateurs aussi et atteindre le point de fonctionnement nominal. (P ; V)

On insre en srie avec la charge des capacits. Montrer alors que la puissanceractive ainsi cre est lie au courant dbit et que cela constitue donc une rgulation

simple de la puissance ractive consomme par la gnratrice asynchrone et permet

donc une stabilisation de Vs.

Quelles sont les grandeurs de rglages de Vs et de la puissance lorsquon utilise une

gnratrice asynchrone.

SYNTHESE

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4.4 Manipulation avec excitation de 75% de C et vitesse constante 1500 tr.min-1

.

% Charge P 5 10 15 20 25 30

W1

W2P

Q

Is

Us tension entre

phases

4.5 Manipulation avec 100%de C:

% P 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

UccIcc

W1

W2

P

Q

Is

Us

4.6 Diminution de la vitesse pour 25 % de P :

N 1500 1475 1450 1425 1400 1375 1350 1325 1300Ucc

Icc

W1

W2

P

Q

Is

Us

4.7 Augmentation de la vitesse :

N 1500 1525 1550 1575 1600

Ucc

Icc

W1

W2

P

Q

Is

Us

Document rponse