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MODELISATION DE LA GENERATRICE ASYNCHRON
La machine asynchrone triphaséeest un système électromécanique qui transforme de l’énergieélectrique en énergie mécanique ou visversa. C’est une machine à induction asynchrone.Pour réaliser cette transformation elle doit pour cela être entraînée au-delà de la vitesse de synchronisme (variable suivant la charge). Celles-ci ont plusieurs avantages: C’est le moteur le plus répandu dans l’industrie. disponible, fiable, normalisé, peuencombrant Son rotor est généralement à cage d’écureuil; elle bénéficie donc de la robustesimplicité du moteur a cage et des mêmes moyens de fabrication, leur coût est faible, et économique. Par ailleurs, leurs inconvénients se trouvent au niveau de la consommation d’énergie réactive, qu’elles tirent soit du réseau, soit elles sont compensées par une batterie de condensateurs d’où la possibilité de fonctionnent autonome.(La puissance nécessaire à sa magnétisation est fournie par le réseau lorsqu’elle est couplée en parallèle ou par une batterie de condensateurs dans le cas d’une utilisation isolée.) Il existe deux types de machine asynchrone: la machine asynchrone à cage d’écureuil et la machine asynchrone à rotor bobiné. Dans ce chapitre on va s’intéresser à la machine asynchrone à cage d’écureuil, en partant d’un machine, ainsi que la simulation du fonctionnement de la centrale à machine à vapeur.
MODELISATION DE LA GENERATRICE EN FONCTION LINEAIRE
La machine asynchrone, avec la répartition de ses enroulements et sa géométrie, est très complexe pour se prêter à une analyse tenant compte de sa configuration exacte, il est alors nécessaire d’adopter des hypothèses simplificatrices. On suppose les circuits magnétiques non saturés, et suffisamment feuilletés pour que les pertes fer soient négligeables. Les relations entre les flux et les courants sont d’ordres linéaires. On considère une densité de courant uniforme dans la section des conducteurs élémentaires, l’effet de peau est donc négligé. Le phénomène d’hystérésis et les courants de Foucault sontnégligés. Les enroulements statoriques et rotoriques sont symétriques et la f.m.m est distribuée sinusoïdalement le long de la périphérie des deux armatures. On ne tient compte que du premier harmonique d’espace de distribution de force magnétomotrice de chaque phase du stator et du rotor. L’entrefer est d’épaisseur uniforme (constant), les inductances propres sont constantes. Les inductances mutuelles sont des fonctions sinusoïdales de l’angle entre les axes des enroulements rotoriques et statoriques. On considère que la machine fonctionne en régime équilibré. Modèle mathématique de la machine asynchrone linéaire Equations générales de la machine Les équations générales de la machine asynchrone à cage d’écureuil dans un repère triphasé s’écrivent sous forme matricielle Avec [Rs] et [Rr] sont respectivement les matrices les résistances statoriques et rotoriques par phase. [V -, [V* ! »], [I-], [I* ! »] sont respectivement les vecteurs tensions et courants statoriques et rotoriques [Φ-] et [Φ* ! »] sont les matrices des flux statoriques et rotoriques suivant les axes A, B, C et a, b, c. Les flux s’expriment en fonction des courants en faisant intervenir les différentes inductances : ls, lr: inductances propres statorique et rotorique lm: inductances mutuelles entre une phase statorique et une phase rotorique Msr: Matrice inductance mutuelle entre une phase statorique et une phase rotorique
LA GENERATRICE ASYNCHRONE AUTO –EXCITE
En l’absence de réseau pilote, il est possible d’auto-exciter la génératrice asynchrone au moyen de condensateurs, mais l’amorçage et la protection contre les surtensions de résonance nécessitent une étude très soignée de l’installationqu’on va voir d’apres l’étude effectué. Seul un dispositif basé sur une machine asynchrone auto-excitée par des capacités directement connectées sur une charge permet d’obtenir un fonctionnement purement autonome. Le phénomène d’auto-excitation est en revanche difficile à maîtriser car les variations de charge influente directement sur les valeurs de la tension et la fréquence délivrées.D ‘où il faut bien maintenir la vitesse de rotation de la turbine à vapeur et par conséquent une fréquence délivrée fixes. Afin de déterminer les performances et les limites de fonctionnement de ce dispositif, nous avons établi un modèle de la machine dans un repère diphasé dans le chapitre précédent. Dans ce chapitre, le modèle de la charge et des capacités d’auto-excitation (équilibrés) est également établi de façon complètement indépendante du modèle de la machine. Des simulations sont alors effectuées.
AUTO –EXCITATION DE LA GENERATRICE EN CHARGE
Dans le cas où une charge purement résistive R est connectée au stator de la machine, le schéma équivalent par phase de l’ensemble machine – capacité d’autoexcitation charge peut alors être modifié comme indiqué sur la figure 2-6 de façon à pouvoir exploiter les équations précédentes d’autoamorçage à vide à fin de simplifier les calculs. Ainsi on retrouve une nouvelle résistance R’ en série avec Rs et une nouvelle capacité qui nous donne la configuration à vide.
SIMULATION ET INTERPRÉTATION DES RÉSULTAT
L’énergie électrique est un élément crucial pour tout développement socioéconomique. Elle est devenue dans la vie quotidienne des populations, notamment dans les pays développés, une forme d’énergie dont on ne peut se passer.Vu l’ampleur de l’industrialisation de ces dernières décennies, la multiplication des appareils domestiques de plus en plus gourmanden consommation d’énergie électrique, la demande en énergie électrique est devenue très importante. Face à cela et avec la diminution du stock mondial en hydrocarbure et surtout la crainte d’une pollution de plus en plus envahissante et destructive pour l’environnement. C’est ainsi que notre sujet fait recours à la conception de l’autoexcitation d’une génératric asynchrone d’une petite centrale électrique à vapeur. La population rurale demeure aujourd’hui importante. Une proportion non négligeable des ménages habite dans des villages isolés ou dans habitations dispersées rendant l’électrification rurale par raccordement au réseau national plus complexe. Les solutions énergétiques décentralisées sont privilégiées à chaque fois que le raccordement au réseau national est jugé coûteux. Mais leur développement nécessite des rythmes de progrès technologique soutenus. Dans la première partie de ce travail nous commencerons par préciser les différentes énergies d’origine renouvelable utilisées dans le cadre d’une électrification rurale décentralisée. Puis nous présenterons les conditions de transfert de technologie. Enfin, nous montrerons la difficulté d’inscrire les projets d’électrification rurale dans le cadre du développement durable en raison notamment de l’absence de coordination entre les multiples acteurs présents dans ce secteur. Le second partie présente une étude sur la modélisation de la génératrice asynchrone en régime dynamique, linéaire et saturé à travers les équations électriques, de flux et de couple à l’aide de la transformation de R.H. Park et certaines hypothèses puis des performances et les limites de l’utilisation d’une génératrice asynchrone à cage d’écureuil auto-excitée par une batterie de capacités. Cela nous amène, à l’aide d’un modèle, procéder aux calculs des capacités minimales à vide et en charge Pour mener à bien cette étude, nous avons effectué une simulation à l’aide de Matlab-Simulink
PARTIE 1. MODÉLISATION DE LA GÉNÉRATRICE ASYNCHRONE
1.2 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
1.3 MODELISATION DE LA GENERATRICE EN FONCTION LINEAIRE
1.3.1 Hypothèses
1.3.2 Modèle mathématique de la machine asynchrone linéaire
a Equations générales de la machine
b Modèle diphasé de la machine asynchrone en fonctionnement linéaire
b.1. Rappel sur la transformation de Park
b.2. Choix du référentiel
c Equations de Puissance et de Couple
1.3.3 Conclusion
1.4 MODELISATION DE LA GENERATRICE ASYNCHRONE SATUREE
1.4.1 Introduction
1.4.2 Modèle diphasé de la machine asynchrone saturée
a Répartition spatiale du flux
b Détermination des inductances saturables équivalentes
1.5 Conclusion
PARTIE 2. LA GÉNÉRATRICE ASYNCHRONE AUTO – EXCITÉE 2
2.1 INTRODUCTION
2.2 AUTO –EXCITATION DE LA GENERATRICE A VIDE
2.3 AUTO –EXCITATION DE LA GENERATRICE EN CHARGE
2.4 PRISE EN COMPTE DU PHÉNOMÈNE DE SATURATION
2.5 COMPORTEMENT DE LA GENERATRICE LORS DE LA CONNEXION AU RéSEAU
PARTIE 3. SIMULATION ET INTERPRÉTATION DES RESULTATS
3.2 Simulation
3.2.1 Calcul de capacité d’auto-excitation
3.2.2 Autoamorçage
3.3 Interprétations
3.3.1 Comportement de la génératrice si on branche en parallèle sur les
trois phases du stator une charge purement résistives
3.3.2 Retour réseau de la génératric
PARTIE 4. REGARD SUR L’ENVIRONNEMENT
4.2 Etude du générateur électrique pour une puissance donnée
4.2.1 Importance du sujet :
PARTIE 5. EVALUATION DES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX
5.1 Mise en contexte du projet :
5.1.1 Cadre juridique:
a Charte de l’environnement:
b Décret MECIE
c Législation en matière de bruit
5.2 Analyse des impacts
5.2.1 Impact positif
5.2.2 Impact négatif
5.3 Mesure d’atténuation des impacts
5.4 Conclusion
