Les éoliennes

1. Introduction

1. Les défauts des éoliennes

        Comme tout système dynamique comportant des parties en rotation, les éoliennes subissent des pannes de différents types et dans différentes parties la constituant. On peut constater d'après le tableau récapitulatif des pannes des éoliennes que des défauts peuvent apparaître au niveau des pâles, de la turbine, du multiplicateur ou de la génératrice. Leurs proportions sont indiquées dans la figure ….

Nous constatons que les pannes du générateur représentent une proportion assez importantes, en effet, c'est l'organe qui est relié au réseau et qui subit des contraintes continues.

                II-1 Les défauts de la MADA

La MADA étant constitué d'un Machine asynchrone à rotor bobiné et d'un système de convertisseurs statique. L'origine des défauts qui peuvent affectés le fonctionnement de la MADA peut être dû  à la machine asynchrone ou aux convertisseurs.

• Les défauts des convertisseurs:
• Les défauts de la machine asynchrone à rotor bobiné:

Les machines asynchrones sont considérées comme les plus robustes, les plus fiables et les moins coûteuses de toutes les machines électriques, cependant à cause de l'évolution des systèmes de commande et de supervision, on constate des pannes parfois au niveau du stator et du rotor. C'est pourquoi encore aujourd'hui beaucoup des chercheurs universitaires et professionnels sont mobilisés pour mettre sur pied ou valider des méthodes de diagnostics.

Les pannes répertoriées sont soit :

• Mécanique:

- défauts de roulement (perte de lubrification, défaut de montage;

                - dissymétrie du rotor : on parle généralement d’excentricité statique ou bien                 dynamique, axiale ou bien radiale. On y inclut aussi la déformation du rotor;                 

• Électrique:

Les défauts électriques peuvent être au stator ou au rotor, car les deux sont faits d'enroulements électriques.

- Un défaut de contact balai – bague;

- thermique (surcharge,…);

-défaut d'isolement comme des courts-circuits entre spires, des court-circuit entre phases, court-circuit entre phase et bâti;

- défaut de circuit magnétique;

-déséquilibre d'alimentation.

1. Présentation du banc d'essai.

        I.1 Introduction

        Un banc d’essai représente une étape intermédiaire entre la simulation numérique et le modèle réel. En effet, il présente plusieurs avantages :

•  le coût d’un tel banc est bien inférieur à une vraie éolienne,

• la représentation de l’éolienne est bien plus réaliste avec un banc d’essai qu’avec un simulateur numérique,

•  le banc d’essai permet de faire apparaître des problèmes que l’on ne rencontre pas sur le simulateur numérique, et donc, les essais  sur le système réel  sont plus aisés et moins longs,  

•  face à la difficulté d’obtenir des données  réelles de la part de constructeurs d’éoliennes, la seule solution est d’utiliser un banc d’essai.

Comme illustré sur la  figure ….. , le banc d’essai utilisé dans nos travaux est composé d’un moteur à courant continu de 25kW émulant le comportement aérodynamique et mécanique d’une éolienne, et d’un Générateur Asynchrone Doublement Alimenté (G.A.D.A) de15kW jouant le rôle de la machine électrique. Les consignes de couple pour le moteur à courant continu sont données par un Processeur  Numérique de Signal contenant la première partie du simulateur numérique (vent, turbine, multiplicateur). La maquette n’est évidemment pas de la même puissance qu’une éolienne moderne, mais elle contient les mêmes composants que ceux situés dans le train de  puissance d’une telle éolienne.  

        I.2  Stratégie d’émulation  

        Le rôle du moteur à courant continu est d’émuler la puissance mécanique transmise par la turbine éolienne. Cela correspond à l’émulation des éléments …..de la figure … ; où les principaux composants d’une éolienne réelle sont présentés. Ainsi, la partie …. est remplacée par le moteur à courant continu et un calculateur muni d’un logiciel de simulation.

        Il existe deux principaux types de stratégies d’émulation :

•  La première consiste à générer la vitesse de rotation [pic 1]donnée par le simulateur numérique, et à contrôler le moteur à courant continu en vitesse, en prenant cette vitesse de rotation comme référence. Ainsi, la valeur du couple électromagnétique produit par le Générateur Asynchrone Doublement Alimenté est utilisée par l’émulateur pour générer la vitesse de rotation de référence. Cette stratégie est appelée « Model Speed Tracking » ou «Poursuite de la Vitesse du Modèle ».

•  La seconde stratégie, quant à elle, consiste à utiliser le signal de vitesse de rotation de la machine pour générer une référence de couple pour le moteur à courant continu. Néanmoins, cette stratégie peut entraîner une mauvaise émulation lors de son implémentation numérique, et dans certains cas, l’émulation peut devenir instable. Ainsi, la stratégie d’émulation utilisée est la « Poursuite de la Vitesse du Modèle ». La  figure…  illustre la stratégie d’émulation. Le régulateur de vitesse veille à ce que les vitesses [pic 2] et [pic 3] soient, à tout instant, le plus proche possible. Le régulateur du couple produit par le moteur à courant continu  est commercial, il s’agit en fait, d’un régulateur de courant.  

                I.3 Description du banc d’essai

Comme le montre la figure 3.6, le banc d’essai se compose de plusieurs éléments. Le contrôle des machines électriques se fait par le biais d’un Processeur Numérique de Signal (PNS) ; la communication entre ces PNS et les composants électroniques du banc, quant à elle, se fait par l’intermédiaire  des Convertisseurs Numériques Analogiques et Analogiques Numériques (CNA / CAN).

Contenant le modèle de simulation, le PNS du Moteur à Courant Continu (MCC) envoie une référence de couple électromagnétique au PNS du Générateur Asynchrone Doublement Alimenté (GADA). Le transfert d’information entre eux se fait par l’intermédiaire de leur entrée et sortie analogique et une double conversion CAN et CNA.

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