15 - LA PHYSIQUE DES ÉOLIENNES
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Pour les puissances plus importantes on couple plutôt le rotor à un alternateur. Alors
que les fréquences de rotation des rotors ne dépassent pas le tour par seconde,
la fréquence du courant électrique est en général de 50 Hz. Même en utilisant des
structures d’alternateur multipolaires, il est nécessaire d’intercaler un multiplicateur de fréquence entre le rotor et l’alternateur. Si l’on désire envoyer le courant sur
le réseau, la précision de l’accord entre la fréquence du réseau et celle de l’alternateur n’est pas suffisante pour qu’on puisse accepter une injection directe du courant fourni par l’alternateur sur le réseau. Pour ce faire, on doit utiliser la combinaison d'un redresseur et d’un onduleur.
Les éoliennes de forte puissance font appel à des générateurs asynchrones. De ce
fait il peut être utile de rappeler les principes de fonctionnement des génératrices
asynchrones.
LES GÉNÉRATRICES ASYNCHRONES
Dans une génératrice asynchrone typique, le stator est constitué d’un certain nombre d’électro-aimants alimentés par le secteur de fréquence angulaire ω. La configuration bipolaire triphasée comporte trois électroaimants alimentés chacun par une
phase différente. On dit que la configuration est bipolaire alors qu’il y a trois électroaimants, car lorsque l’un des aimants est à la tension maximum, les deux autres
sont à une tension moitié, mais de signe opposé, et se comportent comme un seul
pôle de signe opposé. Le champ magnétique créé par cette configuration est donc
de type bipolaire. De plus il est tournant avec une fréquence angulaire égale à celle
du courant triphasé. Une configuration quadripolaire comporte six aimants et une
configuration hexapolaire neuf. Si 2p est le nombre de pôles, la fréquence de rotation du champ tournant est
ω
p
. Les éoliennes de puissance utilisent des configurations quadri- ou hexapolaires, ce qui permet à la génératrice de tourner à 1500 ou
1000 tours/min tout en fournissant du courant à 50 Hz.
Le rotor est une structure dans laquelle le champ tournant provoque des courants
d’induction. A leur tour ces courants créent un champ magnétique induit. Dans les
génératrices utilisées dans les éoliennes de puissance, le rotor est de type « cage
d’écureuil ». Il s’agit d’un ensemble de barres conductrices parallèles à l’axe de la
génératrice, reliées à leur extrémité par des cercles conducteurs. La figure 15.10
représente schématiquement une génératrice asynchrone bipolaire.
On montre que la vitesse de rotation du champ induit est la même que celle du
champ tournant. Les deux champs font donc un angle constant α entre eux. On
démontre aussi qu’un couple est alors créé, tendant à aligner les champs d’une
amplitude proportionnelle à sin α. Contrairement au champ induit, le rotor d’une
génératrice asynchrone ne tourne pas exactement à la même fréquence que le
champ tournant. Soit Ω la vitesse de rotation de la cage d’écureuil. Si Ω >
ω
p
, il se
crée un couple tendant à ralentir le rotor au bénéfice d’une augmentation de la
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Pour les puissances plus importantes on couple plutôt le rotor à un alternateur. Alors
que les fréquences de rotation des rotors ne dépassent pas le tour par seconde,
la fréquence du courant électrique est en général de 50 Hz. Même en utilisant des
structures d’alternateur multipolaires, il est nécessaire d’intercaler un multiplicateur de fréquence entre le rotor et l’alternateur. Si l’on désire envoyer le courant sur
le réseau, la précision de l’accord entre la fréquence du réseau et celle de l’alternateur n’est pas suffisante pour qu’on puisse accepter une injection directe du courant fourni par l’alternateur sur le réseau. Pour ce faire, on doit utiliser la combinaison d'un redresseur et d’un onduleur.
Les éoliennes de forte puissance font appel à des générateurs asynchrones. De ce
fait il peut être utile de rappeler les principes de fonctionnement des génératrices
asynchrones.
LES GÉNÉRATRICES ASYNCHRONES
Dans une génératrice asynchrone typique, le stator est constitué d’un certain nombre d’électro-aimants alimentés par le secteur de fréquence angulaire ω. La configuration bipolaire triphasée comporte trois électroaimants alimentés chacun par une
phase différente. On dit que la configuration est bipolaire alors qu’il y a trois électroaimants, car lorsque l’un des aimants est à la tension maximum, les deux autres
sont à une tension moitié, mais de signe opposé, et se comportent comme un seul
pôle de signe opposé. Le champ magnétique créé par cette configuration est donc
de type bipolaire. De plus il est tournant avec une fréquence angulaire égale à celle
du courant triphasé. Une configuration quadripolaire comporte six aimants et une
configuration hexapolaire neuf. Si 2p est le nombre de pôles, la fréquence de rotation du champ tournant est
ω
p
. Les éoliennes de puissance utilisent des configurations quadri- ou hexapolaires, ce qui permet à la génératrice de tourner à 1500 ou
1000 tours/min tout en fournissant du courant à 50 Hz.
Le rotor est une structure dans laquelle le champ tournant provoque des courants
d’induction. A leur tour ces courants créent un champ magnétique induit. Dans les
génératrices utilisées dans les éoliennes de puissance, le rotor est de type « cage
d’écureuil ». Il s’agit d’un ensemble de barres conductrices parallèles à l’axe de la
génératrice, reliées à leur extrémité par des cercles conducteurs. La figure 15.10
représente schématiquement une génératrice asynchrone bipolaire.
On montre que la vitesse de rotation du champ induit est la même que celle du
champ tournant. Les deux champs font donc un angle constant α entre eux. On
démontre aussi qu’un couple est alors créé, tendant à aligner les champs d’une
amplitude proportionnelle à sin α. Contrairement au champ induit, le rotor d’une
génératrice asynchrone ne tourne pas exactement à la même fréquence que le
champ tournant. Soit Ω la vitesse de rotation de la cage d’écureuil. Si Ω >
ω
p
, il se
crée un couple tendant à ralentir le rotor au bénéfice d’une augmentation de la