Les énergies renouvelables
Partie II - Les énergies renouvelables La production du vent

Les génératrices

Génératrice synchrone

Le schéma ci-contre présente le principe de fonctionnement d’une génératrice synchrone. L’aiguille au centre peut être remplacée par un aimant permanent. Chacun des trois bobinages est relié sur sa phase. L’aimant permanent est fixé au rotor. Lorsque celui-ci est entraîné en rotation par une force extérieure (l’hélice par exemple), un courrant triphasé est crééà la sortie de la génératrice. La génératrice est dite de type synchrone car le champ magnétique tournant créé par l’aimant (qui crée le courant dans les bobines sous forme alternative), a la même fréquence de rotation que celle de l’arbre moteur car l’aimant créant le champ est relié mécaniquement au rotor. Dans ce type de machine, si la vitesse de rotation de l’aimant augmente, alors la fréquence délivrée au réseau électrique augmentera.

Si on adapte ce principe à une éolienne, le vent soufflant a des vitesses variables imposera des variation de vitesse de rotation a l’hélice donc au rotor de la génératrice. On aura donc à la sortie de la machine sur son réseau triphasé une fréquence qui variera en fonction de la vitesse du vent. Ces variations ne seront pas brutales vu l’inertie mécanique de l’éolienne (hélice + arbre + multiplieur)

La génératrice crée donc un réseau triphasé indépendant a fréquence variable. Pour envoyer l’énergie produite par l’éolienne sur le réseau de distribution, il est nécessaire d’adapter le réseau de la machine au réseau de distribution. Le courant en sortie de la génératrice est tout d’abord converti en courant continu. Puis reconverti en courant alternatif triphasé. Le schéma ci-contre illustre bien les différentes opérations de l’adaptation au réseau de distribution

L’utilisation d’une génératrice synchrone est toujours plus compliquée à mettre en œuvre. Et donc rend l’éolienne plus cher a construire.

Génératrice asynchrone

Pour bien comprendre le fonctionnement de cette génératrice, il est nécessaire de commencer par l’explication du moteur asynchrone.

Dans un moteur asynchrone, les bobinages visibles sur le document ci-contre sont alimentés (deux par deux ici) par le réseau triphasé. Il est créé a l’intérieur de la machine un champ magnétique tournant dans lequel on place un rotor « a cage d’écureuil » cf photo ci-dessous. Ce rotor est constitué uniquement de matériaux permettant le passage de courants électriques. champ magnétique tournant impose des forts courants sur le rotor (très peut résistif). Des pôles se créent sur le rotor ainsi que des forces entraînant le rotor. La particularité du moteur asynchrone est que le rotor tourne a une vitesse légèrement inférieur a celle du champs tournant. Ceci est appelé le glissement entre champ tournant et rotor.

Le fonctionnement de la génératrice est le processus inverse. C'est-à-dire qu’on entraîne le rotor en rotation mécaniquement. Si le rotor est entraîné à la même vitesse de rotation que les champs tournants, aucun phénomène d’induction ne se produira dans le rotor. Il n’y a pas de courant dans celui-ci. Par contre si la vitesse de rotation du rotor augmente légèrement par rapport à celle du champ tournant, alors un fort courant est créé au rotor. D’où des pôles et champs magnétiques sont créés sur le rotor ce qui crée des courants sur les bobines du stator. Il y a donc un transfert de puissance. Il faut savoir que la vitesse de rotation du rotor ne peut pas varier de plus de 1% de celle du champ magnétique tournant. De ce fait, plus la machine tourne vite par rapport à la vitesse du champ tournant, plus la génératrice fournit de la puissance au réseau. Il ne reste plus qu’à adapter cette tension de sortie au réseau de distribution

La génératrice délivre un courant alternatif de fréquence 50 Hz en triphasé. Cette fréquence est fixée par la vitesse du champ tournant dans la machine. Mais la machine étant connectée sur le réseau de distribution 50 Hz, le réseau fixe la vitesse de rotation du champ tournant. Donc il n’y a pas besoin d’adapter la fréquence de la machine pour la raccorder. Il est juste nécessaire d’adapter sa tension de sortie. On parle alors de connexion directe sur le réseau. La fabrication d’éolienne avec une génératrice asynchrone est moins complexe. On économise des composants d’électronique de puissance. La génératrice règle la vitesse de rotation de l’hélice et l’empêche de dépasser une certaine vitesse grâce aux phénomènes d’induction sur le rotor ce qui allonge la durée de vie de tous les composants mécaniques tel que le réducteur.

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