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Auteur(s)
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Pierre WETZER : Ingénieur de l’École nationale supérieure d’électricité et de mécanique de Nancy (ENSEM) - Responsable support technique - European Gas Turbines (EGT), division Régulation et contrôle
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les machines électriques synchrones qui convertissent l’énergie mécanique en énergie électrique (alternateurs) ou vice versa (moteurs synchrones) nécessitent une alimentation en courant continu de leur inducteur ou système d’excitation. En outre, l’existence de ce dispositif permet, suivant les cas, de régler la tension ou la puissance réactive de la machine synchrone. Les performances obtenues doivent être en accord avec les conditions d’exploitation de la machine, en particulier les protections de la machine synchrone elle-même et, éventuellement, celles du réseau électrique auquel elle est reliée.
Le comportement vis-à-vis des petites perturbations dépend principalement de la présence ou de l’absence d’une machine amplificatrice intermédiaire à flux variable, excitatrice à courant continu ou alternateur-excitateur, et de la conception du régulateur qui lui est associé.
Le comportement vis-à-vis des grandes perturbations dépend, lui, principalement de la source de puissance du système d’excitation. Une source réellement indépendante des perturbations subies par la machine synchrone peut être obtenue d’un alternateur à aimants permanents monté sur la ligne d’arbre, mais cela implique l’utilisation d’une machine amplificatrice intermédiaire et reste limité aux machines de plus petite puissance. Une auto-alimentation à dérivation pure est la plus facile et la plus économique à réaliser, mais ses performances dépendent directement des perturbations subies par la machine synchrone. Enfin, de nombreuses combinaisons d’auto-alimentation compound permettent d’obtenir un bon comportement de la machine synchrone en régime perturbé, au prix d’une conception plus complexe et également d’un coût plus élevé.
Le dimensionnement des systèmes d’excitation doit également prendre en compte les contraintes de tenue en tension et de tenue en courant correspondant à leurs conditions d’utilisation.
Cet article reprend de larges extraits de l’ancien texte rédigé par Philippe BARRET.
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Utilisation spécifique des systèmes d’excitation
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5. Dimensionnement des systèmes d’excitation à redresseurs
La source de puissance des systèmes d’excitation doit être à même de supporter les contraintes liées au fonctionnement en régulation de tension et aux régimes anormaux que la machine synchrone peut subir. Du fait de leur faible inertie thermique, les redresseurs doivent être prévus en fonction de l’amplitude et de la durée de ces contraintes.
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En ce qui concerne la tenue en tension, le fonctionnement au plafond ne correspond pas à la contrainte la plus sévère. Les principales perturbations donnant lieu à surtension sont :
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le fonctionnement hors synchronisme consécutif à une réduction du courant d’excitation ;
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le faux couplage ;
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et, dans le cas d’auto-excitation :
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les surtensions en provenance du réseau ;
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la désexcitation rapide.
Pour l’ensemble de ces perturbations, la surtension maximale est de l’ordre de 5 fois la tension d’excitation nominale en charge, et les redresseurs sont généralement dimensionnés et essayés pour cette valeur. Compte tenu des performances des redresseurs actuellement disponibles, ce résultat peut généralement être atteint avec un seul redresseur en série par bras de pont. Des dispositifs peuvent être prévus pour limiter les surtensions de courte durée.
Une attention particulière doit cependant être apportée aux machines synchrones à rotor feuilleté (notamment les machines à pôles saillants), pour lesquelles le fonctionnement hors synchronisme peut conduire à des surtensions nettement supérieures (plus de 10 fois la tension d’excitation), nécessitant la mise en service automatique d’une résistance de décharge aux bornes de l’inducteur.
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En ce qui concerne la tenue en courant , le défaut le plus sévère est le court-circuit à la sortie du pont redresseur, le courant correspondant pouvant dépasser 5 fois le courant d’excitation nominal.
Une autre cause de surintensité dans les redresseurs est le court-circuit aux bornes de la machine synchrone ou aux bornes à haute tension de son transformateur.
Comme indiqué au début du paragraphe, l’aptitude des redresseurs à supporter une surintensité dépend de la durée d’application.
On peut donner comme ordre de grandeur de l’aptitude requise :
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environ 3 à 4 I fn , pendant 0,2 s ;
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environ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BARRET (P.) - Régimes transitoires des machines tournantes électriques. - Eyrolles (1987).
-
(2) - CHATELAIN (J.) - Machines électriques. - Dunod (1983).
-
(3) - PARK (R.H.) - Two reaction theory of synchronous machines. - Harrap (1967).
-
(4) - CONCORDIA (C.) - Synchronous machines. Theory and performance. - John Wiley and Sons (1951).
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