Différence des phases entre la fém de l’alternateur et la tension U entre les barres

Nécessité de coupler en parallèle les alternateurs :

On a généralement le choix entre l’emploi d’un seul alternateur puissant ou la répartition de la puissance électrique entre plusieurs unités à coupler au réseau. Plus souvent, la deuxième solution est préférable ; non seulement parce qu’en prévision d’un accident sur l’unique alternateur, il faudrait disposer d’une machine de secours de même puissance, mais encore parce que la puissance demandée par un réseau est très variable. Un seul générateur prévu pour la charge maximale fonctionnerait souvent à fraction de charge et son rendement moyen serait médiocre. Les alternateurs sont généralement couplés en parallèle. On envisage donc l’installation de plusieurs, c’est-à-dire d’ensembles moteurs générateurs électriques. Une question se pose alors : doit-on les coupler en série, c’est-à-dire de façon telle que leurs fém s’ajoutent, ou bien en parallèle afin que leurs courants débités s’additionnent? Le couplage en série n’est pas utilisé. En effet le graphe vectoriel des fém (en prenant le courant commun à deux alternateurs comme origine des phases) serait celui de la figure II-01 suivante : Figure II-01 : graphe vectoriel des fém d’alternateurs couplés au réseau. Si l’alternateur ‘1’ prenait de l’avance, l’angle Ψ1deviendrait plus grand. La puissance électromagnétique « E1 I cos Ψ1 » de cet alternateur deviendrait plus petite et il opposerait à la turbine qui l’entraine un couple résistant plus faible, cause d’un nouvel accroissement de vitesse. La marche en série est donc instable et par conséquent inutilisable (Saufs le cas très rare de deux alternateurs mécaniquement accouplés(les angles ‘Ψ1’et’ Ψ2’sont alors liés entre eux). D’ailleurs le couplage en série servirait à obtenir des tensions élevées, mais c’est ce qui permet un transformateur statique.

Principe du synchronoscope : [10] Soit un moteur dont le stator porte un enroulement monophasé alimenté par les barres de couplage, le rotor porte deux enroulements à 90° électriques parcourus (l’un étant mis en série avec une résistance, l’autre en série avec une inductance) par des courants sensiblement déphasés de (􀀖\2 ). Le rotor, mis sous la tension de l’alternateur à coupler, crée un flux tournant à la vitesse ω1 (pulsation de l’alternateur à coupler), tandis que le stator monophasé crée deux flux tournant en sens inverse à la vitesse ω (pulsation de la tension entre barres). qui tourne dans le même sens que lui. Si on a ω1 < ω, le rotor va tourner dans le même sens que son champ à la vitesse (ω – ω1) ; si on a ω1 > ω, le rotor tournera dans le sens contraire de celui de son flux à la vitesse (ω1 – ω). Enfin si on a (ω1 = ω), le rotor reste immobile, mais, en vertu du principe du flux maximal, il occupe alors la position telle que le flux rotor fixe dans l’espace ait la direction même du flux du stator (axe des pôles). C’est à cet instant que le couplage doit s’effectuer puisque, les flux stator et rotor étant en phase, il en est de même des tensions. La position bien définie du rotor à l’instant favorable est indiquée sur le cadran par un trait devant lequel doit être placée l’aiguille du synchronoscope au moment où l’on effectue le couplage. Ajoutons que, dans les grandes centrales, des appareils appelés synchronisateurs réalisent automatiquement toutes les opérations de couplage.

Conséquences des fautes de couplage :

Trois fautes peuvent être commises lors du couplage d’un alternateur sur des barres d’un réseau quelconque.

a- Inégalité des tensions : Si les vecteurs U représentant la tension entre barres et E sont en phase mais inégaux, le courant dans l’alternateur A représenté par la différence de ces deux vecteurs sera entièrement réactif. Il ne produira aucun couple sur l’alternateur au moment du couplage mais il est excessif, il pourra déterminer dans les enroulements de dangereuses forces électromagnétiques.

b- Différence des phases entre la fém de l’alternateur et la tension U entre les barres : Elle donne lieu entre l’alternateur et les barres à un courant AB (figure II-17) qui est surtout actif et qui correspond à un couple moteur ou résistant suivant que E est déphasée en arrière ou en avant de U. Si le couple, qui se produit brusquement à la fermeture de l’interrupteur de couplage est important (grand déphasage entre U et E), il peut déterminer une rupture d’arbre ou une détérioration de l’accouplement entre le moteur et l’alternateur.

c- Différence des fréquences : Dans ce cas, la roue polaire parcourt un certain angle 􀁃 􀁄 jusqu’à ce que sa vitesse soit exactement égale à la vitesse de synchronisme. Si l’alternateur tourne trop vite, avant le couplage, il prendra rapidement de la charge, ce qui pourra provoquer par le décalage en arrière des angles des roues polaires des autres alternateurs, la marche en moteur de certains d’entre eux et par conséquent le fonctionnement intempestif de relais à retour d’énergie. Par ailleurs, si la roue polaire s’avance d’un angle excessif, l’alternateur risque de décrocher. Signalons enfin que les conséquences d’un mauvais couplage par différence de phases ou de fréquences sont aggravées par les oscillations pendulaires auxquelles ces fautes donnent lieu.

Démarrage en asynchrone :

Le moteur peut être lancé comme un moteur asynchrone à rotor à cage d’écureuil ; lors du démarrage, l’enroulement d’excitation doit être court-circuité ou fermé sur une résistance dont la valeur est déterminée à 10 fois celle de l’enroulement d’excitation. Si lors du démarrage, l’enroulement d’excitation était ouvert, une tension très élevée pouvait être induite à ces bornes, provoquant la perforation de l’isolation et la mise hors service du moteur. Au démarrage en asynchrone, le stator est alimenté par le réseau alternatif, et apparait un couple moteur, le moteur tourne alors à une vitesse voisine de celle de synchronisme et avec un glissement ou un retard de sa vitesse par rapport à celle du champ tournant. Si maintenant on injecte du courant continu dans l’enroulement d’excitation, la présence de pole de polarité invariable provoque de fortes oscillations périodiques de la vitesse du rotor par rapport à sa vitesse moyenne et le moteur peut atteindre à certains instants la vitesse du synchronisme et peut également la dépasser pour de courts laps de temps. L’accrochage parfois, arrivé au voisinage de la vitesse synchrone le moteur s’accroche de lui-même grâce au flux inducteur rémanent. On reconnait l’accrochage à une brusque diminution du courant I absorbé. Le plus souvent la vitesse se stabilise à une vitesse légèrement inferieur à la vitesse synchrone, correspondant à la vitesse du moteur asynchrone à vide. On tente l’accrochage en envoyant du courant continu dans l’inducteur après avoir déconnecté la résistance de décharge. Si la puissance synchronisante P = 3VEsin 􀀞 􀀟 est positive et suffisante, l’accrochage se produit et ‘ I ’ diminue. Si P est négative, la vitesse diminue, I augmente ; il faut couper l’excitation et recommencer un peut après. Il faut non seulement que le moteur synchrone soit à vide mais aussi que l’inertie du groupe soit assez faible pour que P l’ait amené à la vitesse synchrone avant que l’écart angulaire θ atteigne π.