Etude d'un alternateur désynchronisé

Study of a de-synchonized generator

• Auteur / Autrice : Sylvie Turri
• Direction : Jean-Marie Kauffmann
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Besançon
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Franche-comté. UFR des Sciences, Techniques et Gestion de l'Industrie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Convertisseurs électriques

Commande intelligente

Alternateurs

Résumé

L'évolution des semi-conducteurs de puissance et l'accroissement des exigences sur les performances des systèmes électriques incitent à utiliser la vitesse variable y compris pour la production d'énergie électrique. Dans cette optique, nous nous sommes intéressés, à l'association d'un turbo-alternateur et d'un convertisseur statique dont la fréquence est ajustée par une commutation adaptée des composants électroniques. La conception d'un tel système impose de nombreuses contraintes au niveau de l'alternateur et du convertisseur, d'autant plus que l'on veut atteindre voire dépasser les performances des systèmes actuels. Entre autres, le système à fréquence variable doit prendre en charge les échanges de puissance réactive, conserver un rendement élevé et limiter les pertubations émises sur l'alternateur et le réseau. Après avoir montré que les structures habituelles de convertisseurs sont peu adaptées pour une association avec un turbo-alternateur, nous avons choisi de travailler sur une approche du système convertisseur-machine. Nous proposons un convertisseur original et efficace directement intégré à la machine. Son concept repose sur les bases suivantes : l'alternateur et le convertisseur travaillent en coopération et non comme deux entités indépendantes ; le transfert d'énergie est exploité pendant les commutations des semi-conducteurs ; le fonctionnement "classique" de l'alternateur est respecté au mieux. Ce système a nécessité une étude de faisabilité avec la mise au point du principe de commutation naturelle puis une vérification par simulation numérique. Le principe a finalement été validé sur une maquette de faible tension. Par sa simplicité et son efficacité, ce nouveau concept ouvre des perspectives nouvelles d'application de la vitesse variable dans la production d'énergie électrique.

The evolution of the power semiconductors and the increase in the requirements on the performances of the systemslead to use variable speed also for power generation. Accordingly, the study concerns the association of a turbogenerator and a static frequency converter ; the frequency is adjusted by convenient commutations of the thyristors. The system imposes many constraints on the generator and on the converter, if the performances have to exceed thus of the current systems. Therefore, the system at variable frequency must take care of the exchanges of reactive power, to preserve a high efficiency and to limit the disturbances transmitted on the generator and on the network. The usual structures of converter are not well adapted for an association with a turbogenerator. A new approach considering the system converter-machine has been chosen. An original and effective converter is proposed which will be directly integrated into the machine. Its concept is based on the following rules : the generator and the converter work in cooperation and not like two independent entities ; the transfer of energy is used to get natural commutations of the thyristors ; the normal running of the generator is respected as well as possible. This approach of the system requires after preliminary studies, a demonstration of the principle of commutation and the definition of the rules, then a checking through numerical modelling. The principle was finally validated on a test bench under a weak voltage. By its simplicity and its efficiency, this new concept opens new prospects for variable speed application in the energy production.