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Les générateurs synchrones AC sont l’épine dorsale de la production d’électricité dans les centrales électriques du monde entier et sont souvent utilisés pour stabiliser le réseau électrique. Il est essentiel de faire correspondre les séquences de phase, les amplitudes de tension et les fréquences du générateur synchrone à celles de la puissance du réseau. Si le générateur est déphasé par rapport au réseau, le générateur ne peut pas fournir d’électricité. Alors que les synchroniseurs automatiques sont utilisés dans les grandes centrales électriques, une méthode simple de synchronisation manuelle est démontrée ici. Cette vidéo présentera les générateurs synchrones triphasés et montrera les protocoles d’ajustement de la tension et de la fréquence de sortie pour la synchronisation manuelle du générateur avec le réseau électrique.
Les machines synchrones à courant alternatif se composent d’un noyau rotatif interne, le rotor, et d’un anneau stationnaire externe, le stator. Le champ magnétique du rotor est stationnaire induit par une tension continue appliquée. Le champ magnétique du stator est excité à l’aide d’un courant alternatif triphasé, chaque phase étant connectée à son propre ensemble séparé de bobines de stator. Cela induit un champ magnétique rotatif d’amplitude constante et de fréquence de rotation correspondant aux oscillations du courant de la ligne d’alimentation. Les champs magnétiques du stator et du rotor sont couplés, ce qui fait que le rotor tourne exactement à la même vitesse que le champ magnétique rotatif du stator. Pour plus d’informations sur les caractéristiques des machines synchrones AC, veuillez regarder la vidéo d’éducation scientifique de JOVE, AC Synchronous Machine Characterization. Lorsque la machine synchrone fonctionne comme un générateur d’énergie, un moteur principal applique un couple au rotor, ce qui entraîne une différence de flexion entre les champs magnétiques du rotor et du stator. Si le couple appliqué s’oppose au mouvement du rotor, la machine absorbe la puissance réactive du système pour remettre la machine en synchronisation. Si, au contraire, le couple appliqué accélère la rotation, surexcitant la machine, le générateur fournit de la puissance au système. Une méthode à trois lampes peut être utilisée pour fournir une confirmation visuelle que le générateur fournit de l’énergie à la même amplitude de tension, fréquence et séquence de phase que le réseau électrique. Pour les générateurs synchrones, la fréquence est contrôlée par la variation de la vitesse du moteur principal. Si le générateur et l’alimentation du système sont déphasés, les lampes clignotent. Lorsque la tension est égale, un différentiel nul fait que les trois lampes s’éteignent et s’allument en même temps. Maintenant que les principes de base des générateurs synchrones ont été expliqués, la synchronisation manuelle d’un générateur synchrone AC avec le réseau électrique sera démontrée.
Commencez par initialiser un moteur à courant continu ou un dynamomètre en tant que moteur principal. Vérifiez que le sectionneur triphasé, le moteur synchrone et le moteur à courant continu sont tous éteints. Avec le Variac réglé à 0 %, câblez-le à la prise triphasée. Ensuite, connectez la configuration comme indiqué. Ensuite, allumez l’interrupteur triphasé de la machine synchrone. Enfin, assurez-vous que S1 et les trois lampes sont connectées en parallèle. Et notez les polarités des sondes numériques du wattmètre. Vérifiez ensuite que l’exécution de démarrage bascule en position de départ. Avec S1 désactivé, réglez RF à sa résistance maximale. Allumez le sectionneur triphasé, puis allumez l’alimentation CC haute tension. Ensuite, appuyez sur le bouton d’affichage VI de l’alimentation pour afficher la tension de fonctionnement sur le courant et régler la tension à 15 volts. Appuyez ensuite sur START sur le panneau d’alimentation CC. Le dynamomètre doit avoir un courant transitoire important tiré de l’alimentation en courant continu. Cependant, si la limite de surintensité ou le voyant OCT s’allume, augmentez la limite de surintensité. Observez maintenant la machine synchrone tourner lentement. Enfin, augmentez la tension de sortie de l’alimentation CC à environ 160 volts et mesurez la vitesse de rotation de l’arbre à l’aide de la technique de la lumière stroboscopique. Ensuite, ajustez la tension d’alimentation afin d’atteindre une vitesse de rotation de 1 800 tr/min. Enregistrez ensuite le courant et la tension CC.
Synchronisez maintenant le générateur à l’aide de la méthode des trois lampes avec l’appareil entièrement assemblé comme illustré. Basculez l’interrupteur de démarrage du côté synchrone de la machine pour qu’il fonctionne et vérifiez que les trois voyants sont allumés. Ensuite, ajustez RF sur la tension d’alimentation de manière itérative pour obtenir une tension de générateur de 120 volts. Réglez la fréquence du VG sur le wattmètre numérique à 60 Hz. Des valeurs comprises à +/- 2 % sont acceptables. Augmentez ensuite légèrement la sortie Variac à 120 volts. À ce stade, le réseau et le générateur fournissent tous deux 120 volts à une fréquence de 60 Hz. Enregistrez les lectures de tension, de courant et de puissance sur les deux wattmètres, y compris les signes + ou -. Enfin, utilisez le modèle d’éclairage des lampes pour confirmer ou ajuster la synchronisation. Dans la méthode des trois lampes, une fois que la tension alternative souhaitée est atteinte, les lampes s’allument et s’éteignent en même temps. Si une séquence de phases A, B, C de la grille est rencontrée avec une séquence A, C, B de la machine, le cycle des lampes et les tensions aux bornes des lampes ne s’additionnent jamais jusqu’à zéro sur les trois phases en même temps. Si, au lieu de cela, les trois lampes tournent en cycle et scintillent de manière désynchronisée, le générateur et la grille ont des séquences de phase différentes sur l’ensemble des lampes. Identifiez les séquences. L’un en tant qu’ABC, et l’autre en tant qu’ACB. Ensuite, afin d’ajuster la séquence, remettez d’abord le Variac à 0 % et appuyez sur STOP sur le panneau d’alimentation. Après avoir réduit la tension continue à 15 volts, changez enfin les phases B et C du côté du générateur. Si les trois lampes sont toutes allumées et tamisées en même temps, le générateur et la grille ont la même séquence de phases et sont correctement synchronisés. Sinon, répétez la modification de la séquence de phase À l’instant où toutes les lumières s’éteignent, allumez l’interrupteur S1. Maintenant, les voyants devraient tous rester éteints puisque S1 agit maintenant comme un court-circuit à travers leurs bornes. Le générateur est ensuite synchronisé avec le réseau.
Les machines synchrones sont fréquemment utilisées dans les applications industrielles pour stabiliser l’énergie. Le facteur de puissance de la machine détermine si la machine peut fournir une puissance réactive dans certaines conditions. Stocker et libérer de l’énergie pour stabiliser le réseau. Lorsqu’elle fonctionne de cette façon, la machine est appelée condenseur synchrone. Dans l’utilisation du vent comme source d’énergie renouvelable, l’éolienne est le moteur principal du générateur synchrone. Afin d’éviter que le générateur ne cale à des charges élevées, les angles des pales du rotor de la turbine sont contrôlés de manière différentielle pour optimiser la vitesse de rotation à des vitesses de vent variables. Pour transmettre l’énergie éolienne générée au réseau, les éoliennes utilisent une interface de synchronisation automatique pour transmettre l’énergie en toute sécurité aux lignes électriques.
Vous venez de regarder l’introduction de JOVE à la synchronisation des machines synchrones AC. Vous devriez maintenant comprendre comment régler les sorties de tension et de fréquence des générateurs synchrones triphasés. Synchronisez manuellement le générateur avec le réseau électrique et mesurez les effets des variations de courant et de vitesse de champ sur la puissance de sortie du générateur. Merci d’avoir regardé !
