Créé le : 03/08/2009
Le principe de la transmission directe réside dans l'utilisation de moteur synchrone à la place de moteur asynchrone. Ces premiers fournissent un ratio fixe entre le voltage et la fréquence quelque soit la vitesse de rotation du moteur. Cependant, le moteur synchrone seul ne peut pas fournir d'électricité. Afin d'être relié au réseau, ce générateur doit être relié à un redresseur (AC -DC - AC). Le coût de cette technologie est donc fonction du type de moteur, mais aussi du type de redresseur installé.
Ainsi, la conception d'un entraînement direct passe par le choix d'un moteur synchrone mais aussi par le choix de l'électronique de puissance fourni l'électricité.
Schéma de principe :
Les différents générateurs synchrones
Le choix des moteurs se fait à travers deux gammes : moteurs à aimants permanents ou des moteurs synchrones à rotor bobiné.
Notons que ces derniers sont beaucoup plus onéreux que les moteurs à aimants permanents, il est donc difficile de les rendre compétitifs sur le marché des éoliennes.
Deux concepts de moteurs synchrones sont présentés, le moteur à flux radial et le moteur à flux axial.
Le métal extérieur porte le champs magnétique et le matériau conducteur le courant. La force électromotrice générée par ce moteur est proportionnelle au nombre de pôles, ce qui implique que de grands diamètres sont nécessaires pour le dimensionnement des éoliennes.
Ainsi, il est nécessaire d'optimiser les espaces dans ces générateurs, espaces dédiés à la circulation du flux et des courants.
Cette technologie peut être améliorée en utilisant des aimants à permanents à flux transversaux (TFPM) dont le principe est le suivant :
L'avantage du générateur à flux axial est de produire un flux magnétique plus important pour un diamètre donné que le système à flux radial. Il semblerait que ce système permette aussi de diminuer les espaces nécessaires dans le rotor.
L'inconvénient majeur de cette conception réside dans le fait que les forces en présence sont axiales et nécessitent donc une structure sur-dimensionnée comparativement au système à flux radial dans lequel les forces s'annulent.
Il s'agit d'un moteur à disque.
Principe :
Principe :
Principe :
Les aimants sont sur le stator et le flux magnétique est concentré dans les pôles du rotor à travers un cylindre de cuivre.
Le choix du générateur n'est pas évident, chaque système ayant des effets thermiques, des mécanismes de perte différents impliquant ou non un refroidissement.
D'autre part, les contraintes dimensionnelles sont variables. La comparaison des ces générateurs par rapport au générateur à flux radial est délicate suivant que l'on optimise le couple ou l'efficacité. Ainsi, pour comparer les différentes machines, on étudie différents critères dont le couple massique (kNm/m3) ou le coût massique Euro/kNm). Ces ratios permettent la comparaison d'un générateur par rapport à un autre.
Globalement, plus le générateur dispose d'un grand diamètre, plus la densité de couple est importante et plus le rapport coût/couple est faible.
Notons que :
En utilisant la technologie TFPM (Transverse Flux Permanent Magnet) les machines dispose d'un couple massique deux fois plus important à coût moindre,
Le système AFIPM (B - 2 - 4) dispose d'excellentes caractéristiques à diamètre équivalent.
Le convertisseur AC - DC - AC est composé de deux éléments :
Un redresseur qui transforme le courant alternatif en courant continu,
Un onduleur qui, une fois le courant continu stabilisé le transforme en courant alternatif de tension et fréquence stable.
Choix du redresseur
Plusieurs technologies existent :
Redresseur à pont de diodes à charge capacitive,
Redresseur à pont de diodes à charge inductive,
Redresseur à pont de diodes avec un convertisseur boost,
Redresseur à "commutation forcé " (force-commutated),
Redresseur à pont de diode avec une compensation par condensateur en série,
Redresseur à pont de diode avec une compensation par condensateur en parallèle.
Le choix des redresseurs se fait essentiellement en fonction de la réactance synchrone du générateur
La réactance correspond à la perte de tension, autre que lé résistance, d'un générateur .
Ainsi en fonction de la valeur de la réactance, les choix se portent vers des redresseurs à convertisseur "boost" ou vers des redresseurs PWM igbt.
Notons que pour des problèmes d'harmoniques, le redresseur à pont de diode à charge capacitive n'est pas utilisé.
Choix de l'onduleur
Tout comme les redresseurs, il existe de nombreux onduleurs disponibles sur le marché. Le choix de l'onduleur VSI (voltage source Inverter) avec des transistors semble être promis à un avenir certain.
En général, pour de grandes puissances, l'association de VSI et d'onduleur à ligne commutée sont compétitifs.
Bien entendu il est possible de combiner différents redresseurs avec différents onduleurs. Il existe cependant des solutions suggérées par la littérature.
La solution la plus adéquate pourrait être celle de Carlsson. Le coût, la qualité du courant ainsi que le facteur de grande puissance ont été intégrés :
Windmill design optimization through component costing
Ria Fathiyah, Ryan Mellot
McCleer Power Inc - Michigan State University
MTH 844/490
http://www.mth.msu.edu/Graduate/msim/MSIMProjectReports/MCP1.May.2001.report.doc
Review of electromechanical conversion in wind turbines
Report EPP00.R03
April 2000
Maxime R Dubois
TU DELFT
Faculty ITS
Group Electrical power processing
http://ee.its.tudelft.nl/epp/Pb_003_3.PDF
