Couple sur un turbo-alternateur connecté au réseau

[invite732ad852]

Bonjour à tous, j'ai quelques bases en électronique et en physique mais ayant choisie la voie bien différente de la Data Science, mes souvenirs commencent un peu à s'évaporer.

Ma question porte autour des turbo-alternateurs.
Si j'ai bien compris, les turbo-alternateurs sont des machines synchrones connectées au réseau et elles tournent donc toutes à 50 Hz.
Première question, la vitesse de rotation de la turbine est-elle la même que celle du rotor ? Je suppose que oui, mais je n'en suis pas sûr à 100%
Ensuite, comme la vitesse de rotation est constante, comment est-il possible de "piloter" la centrale pour que la puissance augmente ?
J'avais pensé que comme P = C * Omega, comme Omega était constant, alors il suffisait d'augmenter le Couple.
C'est là que ça devient plus flou pour moi, comment augmenter le couple ?
Imaginons une turbine qui tournent grâce à un débit, est-ce que augmenter le débit va augmenter le couple et donc augmenter la puissance mécanique transmise à l'arbre ? Dans ce cas, comment se fait-il que la vitesse de rotation n'augmente pas elle aussi, parce qu'elle est maintenue constante par le réseau ?
Enfin, petite question bonus, comment est-il possible en pratique de calculer ce fameux couple C et de quels autres paramètres dépend-il ? (débit, moment d'inertie de la turbine, rayon de la turbine ... ?)
Merci énormément de me guider pendant ses interrogations de confinement !
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[XK150]

Bonjour ,

1 - Oui , turbine hydraulique ou à vapeur , même ligne d'arbre à 99 % , je ne vois pas d'exception au moins sur les grosses machines .
2 - Oui , la vitesse de rotation est fixée , donnée par l'obligation de fournir du 50 Hz et par le nombre de paire de pôles de l'alternateur .
3 - Oui , il faut faire varier C , en consommant plus ( ou moins ) de vapeur ou d'eau .
4 - Oui , tous les alternateurs du réseau européen par exemple , sont calés sur la fréquence du réseau par des forces électro magnétiques , les grosses machines entraînant les petites ( si besoin) .
L'inertie totale des masses tournantes jouent un rôle important dans la régulation primaire ( de premier niveau ) .
Les grosses machines possèdent leur propre régulation , d'autres , travaillant volontairement en dessous de Pn , sont chargées de fournir plus si besoin .
Les turbo- alternateurs sont conçus pour avoir la puissance max à la vitesse de rotation nominale .

[harmoniciste]

Bonjour othol,
Le couple nécessaire sur l'arbre est lié au décalage angulaire entre les pôles magnétiques du rotor et le champs tournant (en raison de la connexion au réseau) du stator.
Augmenter le couple transmis au rotor par la turbine modifie ce décalage et induit un courant de ligne plus important. La puissance électrique envoyée sur le réseau est donc plus grande, sans que la fréquence ni le régime de rotation n'ait besoin de varier.

[invite732ad852]

Bonjour, merci pour vos réponses, c'est bien plus clair !


Il y a toutefois quelque chose que j'ai du mal visualiser, quand à la transmision de la puissance mécanique en puissance électrique.
Pmecanique = C Omega,
Bien que l'on voit facilement l'influence de Omega dans la puissance en sortie (le fréquence du courant va dépendre de la vitesse de rotation du rotor), j'ai assez de mal à comprendre où invervient le couple dans l'expression de la puissance électrique en sortie.
Physiquement, pour moi un rotor c'est juste un aimant qui tourne dans des bobines (en gros), et je vois pas très bien en quoi le couple mécanique intervient.
Désolé si je n'ai pas été très clair, c'est assez peu clair dans la tête aussi

[A voir en vidéo sur Futura]

[BOB92]

Bonjour

ll y a toutefois quelque chose que j'ai du mal visualiser, quand à la transmision de la puissance mécanique en puissance électrique.
Pmecanique = C Omega,

Pour rester sur ta machine synchrone que tu décris comme un rotor aimanté qui tourbe dans des bobines (stator) raccordées au réseau électrique 50 Hz .

Si tu ne fais rien (c'est à dire que tu ne transmets pas de couple) , ton rotor va tourner à vide -champ tournant 50 Hz du stator), au synchronisme (puisque aimants). et ne consommera rien (aux perte prés)

Si tu freine ce rotor, avec un couple Cm ta machine va fonctionner en moteur, consommera sur le réseau et transmettra mécaniquement une puissance Cm Omega via son arbre.:

Si au contraire, tu apporte un couple Cg , ta machine va fonctionner en générateur , et va transmettre au réseau électrique la puissance Cg Omega que tu lui as fourni - cas typique d'une turbine ou tu as admis de l'énergie.

Attention : dans tous les cas : à vide, moteur, alternateur, sa rotation reste à vitesse absolument constante car le réseau lui impose sa fréquence (il est beaucoup plus puissant que ta machine).

Dans un turbo alternateur, raccordé à un réseau électrique puissant, il te faut retenir :
- Que la Puissance active que tu veux qu'il délivre au réseau se règle par l'admission de gaz dans la turbine,
- Que la puissance réactive que tu veux qu'il fournisse au réseau se règle par son excitation.

Attention, c'est tout à fait différend quand il s'agit d'un alternateur isolé su réseau, … par exemple un groupe électrogène de chantier ...

Cordialement

[XK150]

Physiquement, pour moi un rotor c'est juste un aimant qui tourne dans des bobines (en gros), et je vois pas très bien en quoi le couple mécanique intervient.

Oui , sauf que plus vous produirez de puissance électrique , et plus vous aurez de mal à le faire tourner , il résiste , le bougre !
Ce n'est pas parce que quelquechose " tourne " que c'est gagné ....
Pourquoi diable mettre 1400MW avec une turbine à vapeur , si faire tourner l'alternateur de 1300 MW en pédalant suffisait ?

La vie de tous les jours peut vous le prouver :
Empruntez un vélo qui possède une " dynamo " sur la roue : roulez avec et sans éclairage et revenez nous voir .
Faites tourner une lampe de poche dynamo neuve avec une batterie en état ( qui se recharge ) et la même 5 ans plus tard quand la batterie est HS ...

[harmoniciste]

Lorsque l'alternateur débite du courant, ce courant induit crée un champ magnétique qui aimante les pôles du stator de façon périodique. Cette aimantation crée une force de retenue sur les pôles du rotor: D'où le couple à fournir lié à la puissance électrique.