Machine asynchrone rotor bobiné en hyposynchronisme

[vinze80]

Bonjour,

J'aimerais avoir une petite précision technique concernant les machines asynchrones à rotors bobinés.
Pour une machine asynchrone à cage, il est impossible de produire de l'électricité si la vitesse de rotation du rotor est inférieur à la vitesse de synchronisme, vous confirmez ?

Dans le cadre d'une machine asynchrone à rotor bobiné, il est possible qu'elle génère de l'électricité même dans ce cas (en hyposynchronisme), vous confirmez ?

Imaginons, le rotor est en rotation (exemple 1400 tr/min et la vitesse de synchronisme de la machine est de 1500 tr/min (dans ce cas la machine à 2 paires de pôles)). Si je souhaite envoyer du courant sur le réseau 50Hz, je connecte mon stator au réseau, et le réseau impose sa fréquence. Quelle commande je dois mettre au rotor pour produire de l'électricité au stator ?
Et quelle phénomène physique permet de produire en hyposynchronisme ?

Merci à vous.
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[BOB92]

Bonjour

Il faut bien se placer dans le contexte , car on a vite fait de partir dans des directions erronées, incohérentes avec la physique.


a) Le sujet est la machine asynchrone triphasé ( car tu parles de rotor bobiné et de cage d'écureuil)

b) il s'agit bien d'une machine couplée au réseau de distribution (ENEDIS par exemple)

c) ta machine a 2 paires de pôles.

Dans ce cas, son champ tournant crée par le stator tourne bien à 1500 t/mn.

Le fait qu'elle soit à "cage d'écureuil" ou à 'rotor bobiné" ne change absolument rien au principe (dans la mesure ou tu n'alimentes pas ce rotor bobiné avec une tension de fréquence différente … auquel cas il s'agirait d'une MADA ; Machine Asynchrone à Double Alimentation

Cette machine va se comporter en moteur si tu freines son arbre mécanique , et ce moteur tournera par ex, en charge à 1400 t/m , c'est à dire avec un glissement de -6,66 %. Il va consommer sa puissance mécanique sur le réseau électrique.

Inversement, si tu entraine son arbre, par ex avec une turbine, il va tourner un peu au-dessus de sa vitesse de synchronisme, par ex à 1600 t/mn (glissement de + 6,66%) et va fournir de la puissance au réseau ( puissance mécanique fournie par la turbine).

Attention ; Ce fonctionnement concerne une machine couplée au réseau
Et dans ce cas, elle doit être démarrée en "moteur", comme tout moteur asynchrone.

Il est pratiquement impossible de démarrer cette machine en générateur, puis de vouloir la coupler au réseau.
Cela tient au fait qu'une machine asynchrone ne peut pas (ou très difficilement) fonctionner en génératrice sans être coulée au réseau, et même si on y parvient, le couplage au réseau (synchronisme en fréquence, phase et tension) est impossible à réaliser.

Comme on ne connait ni ton niveau de connaissance, ni le contexte, ni le fond de ta question, bien difficile d'y répondre

Cordialement

[vinze80]

Merci d'avoir pris le temps de répondre.

Ma question concerne bien une MADA. Je voulais savoir à quelle fréquence doit être le signal qui sort du convertisseur côté MADA (par exemple avec le rotor qui tourne à 1400tr/min pour une vitesse de synchronisme de 1500tr/min), pour qu'il y ait création de puissance au stator.

Je sais qu'il faut jouer sur le glissement avec mais je ne sais pas définir cet

Merci

[BOB92]

Bonjour

Je n'avais pas "tilté" , en 1ere lecture que ta question portait sur les MADA ,
mais en seconde lecture , je pendais effectivement que c'était bien là le cœur du pb …..

Il n'y a pas de réponse à ta question, car "g" est le porteur de la puissance transmise …
à g = 0 point de puissance transmise
à g = gnominaj, puissance nominale transmise
à g = g max , puissance max, et décrochage de la machine.

C'est exactement le même problème qu'en moteur

Je te joints une courbe de Leroy Somer concernant un moteur asynchrone …

De façon pratique, on peut considérer que dans la limite de fonctionnement de la machine, la puissance transmise est proportionnelle à g.

Cordialement

[A voir en vidéo sur Futura]

[vinze80]

Je suis d'accord avec ce que vous dites pour une machine asynchrone à cage ou à rotor bobiné en cc.

Mais la MADA peut être génératrice même en hyposynchronisme. Je ne vois qu'une action sur pour réaliser cette fonction.

Dans la formule que j'ai écrit :
Sommes nous d'accord que avec le nombre de paires de pôles et la vitesse de rotation du rotor ?
représente la pulsation du réseau et la pulsation au rotor ?
Nous retrouvons bien g négatif en mode génératrice (hypersynchrone)

Mais comment peut être négatif ? Inversion du sens de rotation des phases au rotor ?

Une MADA peut être génératrice même en hyposynchronisme quand on fourni de la puissance électrique au rotor (du moins c'est ce que j'ai cru comprendre dans le fonctionnement d'une éolienne MADA).
Je suppose que la MLI qui régi la commande du CCM doit prendre en compte des paramètres (vitesse de rotation du rotor, puissance à fournir...), est-ce correct ?

Voici un lien vers une image des 4 quadrants de fonctionnement d'une MADA
https://www.researchgate.net/profile...itesse-114.ppm

Merci pour les réponses.

[polo974]

Bonjour,
La mada est je trouve mal nommée, car on impose le courant de rotor.
Il n'y a pas de glissement, contrairement à une machine asynchrone.

Il s'agit donc plutôt d'une machine synchrone avec une commande vectorielle (vecteur tournant) du rotor.

La somme signée des fréquences doit être nulle et toutes sont imposées (rotation mécanique, secteur et excitation pilotée). Il faut donc pour que ça marche bien que l'excitation soit bien pilotée, sinon, il y aura des décrochages comme dans toute machine synchrone qui se dépasse...

Il faut de plus que le déphasage soit correct pour extraire la puissance (toujours comme dans toute machine synchrone qui se respecte).

[vinze80]

Bonjour,
La mada est je trouve mal nommée, car on impose le courant de rotor.
Il n'y a pas de glissement, contrairement à une machine asynchrone.

Il s'agit donc plutôt d'une machine synchrone avec une commande vectorielle (vecteur tournant) du rotor.

La somme signée des fréquences doit être nulle et toutes sont imposées (rotation mécanique, secteur et excitation pilotée). Il faut donc pour que ça marche bien que l'excitation soit bien pilotée, sinon, il y aura des décrochages comme dans toute machine synchrone qui se dépasse...

Il faut de plus que le déphasage soit correct pour extraire la puissance (toujours comme dans toute machine synchrone qui se respecte).

Il faut donc respecter ?
Est-ce que quand vous parlez de décrochage, vous voulez dire que l'angle dans le repère de PARK ne doit pas excéder 90° ? Avec qui représente le déphasage entre le rotor et le stator.

N'y a-t-il pas glissement si l'alimentation que nous mettons au rotor est différente de ?

[polo974]

Il faut donc respecter ?
Est-ce que quand vous parlez de décrochage, vous voulez dire que l'angle dans le repère de PARK ne doit pas excéder 90° ? Avec qui représente le déphasage entre le rotor et le stator.

N'y a-t-il pas glissement si l'alimentation que nous mettons au rotor est différente de ?

Au-delà de 90°, on aura moins de couple donc de puissance transformée.

Vu que l'excitation n'est pas auto-induite, mais forcée, on est plus dans le cas d'un décrochage d'une machine synchrone (mais normalement, le contrôleur doit gérer ça).

[vinze80]

Au-delà de 90°, on aura moins de couple donc de puissance transformée.

Vu que l'excitation n'est pas auto-induite, mais forcée, on est plus dans le cas d'un décrochage d'une machine synchrone (mais normalement, le contrôleur doit gérer ça).

Ok, donc le contrôle du couple sur l'arbre se fait grâce à la pulsation , et ainsi la puissance transformée.

Il faut donc voir l'équation qui nous donne la puissance active statorique avec Vs la tension au stator, Lm l'inductance cyclique mutuelle et Ls l'inductance cyclique statorique.

Ca dépend donc du courant rotorique d'axe "q" dans le repère de Park. Il faut donc faire la conversion inverse de Park pour revenir dans le repère triphasé pour que la MLI du CCM soit à la bonne fréquence ?

Suis-je sur la bonne voie ?

[BOB92]

Bonjour

Avec un peu de retard, je viens préciser quelques points.

a) Je t'avais posé la question, de l'objet et du niveau de tes travaux, mais sans réponse.
Je supposes qu'il s'agit d'un sujet de thèse ou de son équivalent axé sur une optimisation de cette machine dans un emploi particulier (peut-être l'éolien)

b) Dans mes premières réponses, je faisais référence à la machine asynchrone,
puisque de toutes façons, une MADA est bien à assimiler à une machine asynchrone avec un glissement variable (alors que dans une machine synchrone, il n'y a pas de glissement, et on s'intéresse uniquement au décalage angulaire rotor/stator pour définir sa limite de stabilité.

Une machine asynchrone peut fonctionner en moteur (avec une vitesse de rotation inférieure à celle du champ tournant, et en génératrice lorsqu'elle est supérieure. Sa limite de puissance, dans les deux cas est définie par le couple maximum figurant sur ses courbes.

A noter, que le passage de moteur à générateur se fait naturellement, et sans discontinuité , et il est lié directement à la vitesse de rotation.
Sur le diagramme LS que j'avais joint on voit très bien le courant (efficace) qui évolue, en passant à Zéro à la vitesse de synchronisme, mais boen évidemment, il s'inverse (change de signe) entre moteur et générateur.

Et si l'on part de cette machine asynchrone (que nous supposons à rotor bobiné), il suffit de leurrer la fréquence des courants rotoriques (par une injection extérieure) pour obtenir le fonctionnement en moteur/ou en générateur en mode HYPOSYNCHRONE ou en mode HYPERSYNCHRONE (tes 4 graphes).
C'est une façon simple de présenter le problème.
Ce mode de fonctionnement avait été surtout utilisé pour des moteurs (de traction par exemple) de façon à obtenir une vitesse variable.
L'arrivée de l'électronique de puissance et surtout de très forte puissance a bouleversé ses applications.

Ceci étant, malgré une forte attraction pour les "essais de machines", je n'ai jamais eu l'occasion de les caractériser ….

c) Par ailleurs, bien qu'ayant étudié, dans un passé lointain le repère de Park, j'avoue avoir oublié … et ne pourrais t'être d'aucune aide dans l'étude théorique de ces machines.

d) Je supposes que tu as consulté par ailleurs les nombreuses thèses d'Université sur le sujet (tant en France qu'à l'étranger).
A titre d'exemple, pour le lecteurs, je mets deux références
https://eolienne.f4jr.org/generateur_electrique
https://hal.univ-lorraine.fr/tel-01748204/document

Désolé de ne pouvoir t'accompagner dans ton étude, d'autant que les méthodes évoluent au cours des décennies ...

Cordialement

[polo974]

...

Suis-je sur la bonne voie ?

Désolé aussi, je n'ai pas étudié à fond la chose, j'avais lu quelques articles/thèses publiés sur le sujet, mais je ne suis pas franchement pointu sur le sujet.
Bref, n'ayant pas le temps de me (re)mettre dans le bain théorique, je suis un peu obligé de te lâcher dans la côte...

selon wiki:

Au niveau de la régulation, si celle-ci gère les courants rotoriques comme c'est souvent le cas, une machine asynchrone à cascade hyposynchrone se comporte exactement comme une machine synchrone à vitesse variable.

D'ailleurs on y trouve le nom anglais: "Double fed induction machine" qui permet de trouver plein de publications...

Pour ta question, la phrase suivante dans wiki devrait te guider:

La commande vectorielle est souvent utilisée pour donner un meilleur comportement dynamique au système. La commande directe du couple est également possible.

[vinze80]

Merci pour vos réponses BOB92 et polo974.

Si j'ai compris la fonctionnement de la MADA, l'alimentation électrique du rotor en hyposynchronisme permet d'augmenter la vitesse de rotation de celui-ci ce qui place la machine asynchrone en mode générateur (et la courbe LS reste toujours la même, donc on choisit où l'on veut se placer pour produire de l'énergie électrique)

En mode hypershynchronisme, nous récupérons la puissance de glissement pour nous placer au bon endroit sur la courbe LS (ralentissement de la vitesse de rotation du rotor) et produire la puissance voulue.

Est-ce que ça signifie que nous modifions le couple résistant sur l'arbre de la génératrice quand nous modifions les courants rotoriques ?

[vinze80]

Mon propos ci-dessus rejoint la formule :

est fixé par le réseau

est fixé par la rotation du rotor

Mais si nous modifions , alors ça modifie la vitesse de rotation du rotor car

[BOB92]

Bonjour

Est-ce que ça signifie que nous modifions le couple résistant sur l'arbre de la génératrice quand nous modifions les courants rotoriques ?


Bien évidemment
D'ailleurs, au vu de tes questions et surtout de ton dernier propos, je pense que tu fais une confusion : Confusion entre la pulsation magnétique et la rotation mécanique ...
Cordialement

[vinze80]

D'ailleurs, au vu de tes questions et surtout de ton dernier propos, je pense que tu fais une confusion : Confusion entre la pulsation magnétique et la rotation mécanique ...

Est-ce que vous parlez de avec la vitesse de rotation mécanique ? Et la pulsation magnétique ?

Ou de qui pour moi est la pulsation électrique rotorique ?