Liaison d'un alternateur au réseau infini

[Gils04]

Bonjour à tous,

Je suis en train d'éplucher un livre de référence traitant des alternateurs, en résumé, d'un point de vue puissance :

Un alternateur couplé au réseau ne débite pas de puissance.
Car la tension de l'induit de l'alternateur est égale à celle du réseau, et ceux ci sont en phase.

Si on augmente le courant d'excitation, la tension de l'induit de l'alternateur devient supérieure à celle du réseau, et on débite de la puissance réactive. Si l'on sous excite l'alternateur, celui ci consommera de la puissance réactive.

Si on augmente le couple du moteur qui entraine l'alternateur, celui-ci va accélérer ce qui entraine un déphasage. On a alors une différence de potentiel (due au dépasage) ce qui permet de créer de la puissance active (je considère que puisqu'il a accéléré il est en avance). De plus il absorbe un peu de puissance réactive.

Ce qui m'amène à vous demander, d'abord si j'ai bien compris l'idée?
Les deux peuvent ils être faits en même temps?
Par exemple on augmente un peu le courant d'excitation et on créée un déphasage en accélérant pdt un temps.
Le premier compense t il l'effet du second?

Si un alternateur est référencé 880kVA et 704kW
S'agit il de valeurs maximales produites grâce aux deux procédés cités au début?

Merci, bonne journée ensoleillée à tous
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[YBaCuO]

Bonjour,

Globalement tu as compris comment fonctionne un alternateur.

En régime permanent, un alternateur peut être représenté comme une force électromotrice (source de tension équivalente correspondant à la tension induite par l'inducteur dans l'entrefer) en série avec une réactance (correspondant à la réactance synchrone).
Ce que tu appelles tension de l'induit correspond à cette force électromotrice.

Comme l'alternateur est raccordé à un réseau infini, cela revient à le raccorder à une source de tension équivalente. Cette source de tension est à la tension nominale du réseau.

Si la force électromotrice est de même amplitude et en phase avec la tension du réseau aucun courant ne circule à travers la réactance synchrone, donc aucun transfert de puissance.

Si la fem a une amplitude différente et/ou est déphasée par rapport à la tension du réseau, alors une différence de potentiel apparait au bornes de la réactance synchrone. Suivant que cette différence de potentiel est en phase ou en quadrature avec la tension du réseau, il y a échange de puissance réactive ou active.

Ce qui m'amène à vous demander, d'abord si j'ai bien compris l'idée?
Les deux peuvent ils être faits en même temps?
Par exemple on augmente un peu le courant d'excitation et on créée un déphasage en accélérant pdt un temps.
Le premier compense t il l'effet du second?

Oui, un alternateur peut produire en même temps de la puissance active et réactive.
Pour la compensation, c'est en parti vrai. Par exemple si on augmente la puissance active en voulant maintenir la même consigne de puissance réactive, il est nécessaire d'augmenter le courant d'excitation afin de compenser la perte de puissance réactive "consommée" par la réactance synchrone.

Si un alternateur est référencé 880kVA et 704kW
S'agit il de valeurs maximales produites grâce aux deux procédés cités au début?

880kVA, 704 kW signifie que l'alternateur est dimensionné pour produire au maximum à 704kW à cos phi 0.8.

[invite5d9d9de1]

a ce que je sais :
on couple 1 alternateur au reseaux locale pour fournir la puissance active et reactive, on commence par reglage de l exitation pour avoir la meme defference de potentiel du reseau, et ajuster la vitesse pour avoir meme frequence et meme dephasage.
si vous connaissez mieux veuillez m éclairer

[Gils04]

Tout d'abord, merci à Ybacuo.
Ensuite, pour Gigjag, tu as toi aussi raison sur ce que tu avance. C'est la procédure normale de raccordement au réseau. On lance le moteur ou turbine, afin qu'il atteigne la vitesse de rotation nominale, ensuite on régle le courant d'excitation pour obtenir une tension égale à celle du réseau. Le troisième point, c'est l'utilisation d'un synchronoscope afin qu'il n'y ait pas de déphasage entre le réseau et l'alternateur. Après quoi on règle l'alternateur pour qu'il débite de la puissance.

Dans mon cas l'alternateur est régulé par un système d'excitation qu'ils appellent AREP.

Il y a deux bobinages qui sont placés sur le stator de l'alternateur.

Voila ce que dit la datasheet :

Its electronic regulation is powered independently from the voltage detection circuit by
two auxiliary windings. The voltage across the first winding is proportional to that of the
alternator (shunt characteristic). The voltage across the second winding is proportional to the
stator current (series characteristic : Booster effect).
This means the AREP system has a compound characteristic

Ce que je traduis par :

Sa régulation électronique est alimentée indépendamment du circuit de présence tension par deux bobinages auxiliaires. La tension parcourant le premier bobinage est proportionnelle à celle de l'alternateur (caractéristique shunt). La tension parcourant le second bobinage est proportionnelle au courant du stator (caractéristique série : effet booster).
Ce qui signifie que le système AREP a une caractéristique compound.

Je n'arrive pas à comprendre l'effet de ces bobinage exactement.
Je joins l'url menant a la fiche technique de l'alternateur. Comme vous pourrez vous en apercevoir la documentation n'est pas exhaustive.
ici

Merci de me renseigner sur ces caractéristiques shunt et série.

Bonne après midi à tous

[A voir en vidéo sur Futura]

[Gils04]

Par ailleurs,si l'on considère un cosinus phi de 0.8 (qui vient de la fiche technique), est il lié au déphasage que l'alternateur aura par rapport au réseau? L'alternateur est il conçu pour tourner avec une avance d'environ 37°?

[YBaCuO]

Le système AREP fait penser à une caractéristique compound mais je ne pense pas que cela ait rôle de régulation comme pour les machines à courant continu.
Ici je le vois comme pour la génératrice à aimant permanent auxiliaire (PMG), un moyen de fournir de l'énergie au système de régulation même en cas de chute de tension importante aux bornes de l'aternateur.

C'est peut être plus clair dans cette doc.
http://www.leroy-somer.com/documenta...f/4124a_fr.pdf

Par ailleurs,si l'on considère un cosinus phi de 0.8 (qui vient de la fiche technique), est il lié au déphasage que l'alternateur aura par rapport au réseau? L'alternateur est il conçu pour tourner avec une avance d'environ 37°?

Le cos phi, correspond au déphasage entre le courant et la tension. Celui-ci est imposé uniquement par la charge. Il ne faut pas le confondre avec celui discuté précédemment qui lui correspondait au déphasage entre deux tensions.

Ce cos phi de la datasheet correspond en réalité à un facteur de surdimensionnent pour permettre à l'alternateur d'alimenter une charge de 880 kVA alors que la puissance maximale est de 704 kW.
Cela revient à alimenter au maximum une charge de 704kW avec un cos phi de 0.8.

[Gils04]

Ok donc le système AREP sert d'alimentation pour le régulateur?
dixit la page que vous m'avez suggéré :

Cette façon d'alimenter le régulateur permet d'éviter les déformations de tension qui pourraient être engendrées par la charge.

J'ai un peu plus de mal avec la seconde partie :

Le système AREP dote l’alternateur d’une capacité de surcharge élevée (impact de charge ou démarrage de moteurs électriques) et une capacité de court-circuit (300% - 10s) pour assurer une protection sélective

Quelle information peut on en retirer?

Pourquoi choisit on un cos phi de 0.8 et non pas de 1? Quel est l'intérêt de disposer d'une puissance réactive plus importante que la puissance active?

Cet alternateur fait partie du couple moteur/alternateur servant à la cogénération. Il débite du 400V, après quoi un transformateur réhausse la tension à 11kV. L'alternateur voit il vraiment la charge?

[invite5d9d9de1]

les distributeur de l electricitè exige 1 cosph inferieur ou egale a 0.8
880kva *(coph=1) = 880kw qui n est pas suportable par l alternateur

[Gils04]

Je pense qu'il y a erreur là. On tente d'obtenir un FP proche de 1 pas inférieur à 0.8. Erreur de fatigue sans doute ^^

[YBaCuO]

Le système AREP dote l’alternateur d’une capacité de surcharge élevée (impact de charge ou démarrage de moteurs électriques) et une capacité de court-circuit (300% - 10s) pour assurer une protection sélective.

Quelle information peut on en retirer?

A puissance identique, la réactance interne de l'alternateur est très élevée comparée à celle d'un transformateur, de 150 à 350% pour le premier contre 4 à 8% pour le second.
Cela signifie qu'en cas de court-circuit aux bornes d'un alternateur à vide, si l'excitation n'est pas modifiée, le courant de court-circuit est inférieur au courant nominal alors que sur un transformateur on aurait plus d'une dizaine de fois le courant nominal.
De même lors d'un démarrage moteur, sans action de l'excitation on se retrouverait avec une très forte chute de tension qui ne permettrait pas au moteur d'atteindre sa vitesse nominale.

On comprend dans ces conditions qu'un boost de l'excitation est indispensable pour compenser temporairement la chute de tension interne de l'alternateur.
Pour booster, le système d'excitation doit parvenir à soutirer une puissance suffisante même en cas de tension nulle aux bornes de l'alternateur. Là est l'intérêt des systèmes AREP et PMG.

Pourquoi choisit on un cos phi de 0.8 et non pas de 1? Quel est l'intérêt de disposer d'une puissance réactive plus importante que la puissance active?

880kVA c'est la puissance apparente, cela peut être soit de la puissance active ou réactive ou le plus souvent une combinaison des deux.
Avoir un alternateur de 704 kVA, 704kW (c-à-d cos phi = 1) a peu d'intérêt car c'est pratiquement inutilisable à la puissance de 704 kW étant donné que l'on a aucune marge en puissance réactive. Si l'installation consomme 700 kW avec un cos phi de 0.85, on serait obligé d'installer un alternateur surdimensionné tel 880kVA, 880kW.
Un alternateur 880kVA, 704kW est plus adapté.

Cet alternateur fait partie du couple moteur/alternateur servant à la cogénération. Il débite du 400V, après quoi un transformateur réhausse la tension à 11kV. L'alternateur voit il vraiment la charge?

Oui il voit la charge.
Toutefois, s'il est connecté en parallèle du réseau public, il ne verra pas la charge mais sera sensible aux chutes de tension liées aux courts-circuits.
A voir aussi que le système de régulation n'est pas réglé pareille, suivant que l'alternateur est iloté seul, iloté avec plusieurs groupes ou raccordé au réseau. Et donc que cela aussi une influence sur son comportement.

[Gils04]

Bonjour,

A puissance identique, la réactance interne de l'alternateur est très élevée comparée à celle d'un transformateur, de 150 à 350% pour le premier contre 4 à 8% pour le second.

Le pourcentage cité est il bien le rapport X / Z (réactance synchrone / impédance de l'alternateur?)

Désolé je ne comprends pas cette partie

Cela signifie qu'en cas de court-circuit aux bornes d'un alternateur à vide, si l'excitation n'est pas modifiée, le courant de court-circuit est inférieur au courant nominal alors que sur un transformateur on aurait plus d'une dizaine de fois le courant nominal.
De même lors d'un démarrage moteur, sans action de l'excitation on se retrouverait avec une très forte chute de tension qui ne permettrait pas au moteur d'atteindre sa vitesse nominale.

Cela signifierait qu'en cas de court circuit, l'impédance de l'alternateur est telle qu'elle empêche le courant de grimper en flèche?
Le moteur dont vous parlez serait une charge alimentée par l'alternateur? Un moteur ayant besoin d'un courant plus important au démarrage risquerait donc de provoquer une chute de tension sur l'alternateur?

Pour le reste pas de souci, merci pour l'aide.

[YBaCuO]

Dans un alternateur, l'impédance interne est équivalente à la réactance synchrone, les résistances sont négligeables.

Pour les impédances exprimées en pourcentage, j'utilise les grandeurs en per unit, pour convertir en ohm, il faut multiplier cette valeur par l'impédance de référence qui vaut Un²/Sn.

A propos des court-circuit est démarrage moteur, c'est bien cela pour autant que le courant d'excitation ne change pas.
A savoir aussi que la réactance synchrone s'utilise en régime permanent. En régime transitoire, d'autres impédances interviennent (réactance transitoire, subtransitoire). L'étude en devient plus complexe.

Si tu veux étudier plus en détail le fonctionnement des machines électriques, le "must have" est le livre Machines électriques de J-D Chatelain. Malheureusement il n'est plus édité, il faut le trouver dans une bibliothèque ou l'acheter d'occasion.
http://www.ppur.org/livres/2-88074-050-9.html