Brevet FR2316454A1 — publié le 19770128

L'invention concerne un dispositif de régulation de la puissance électrique fournie par un aérogénérateur couplé à un réseau d'utilisation en courant alternatif d'importance variable. Dans un réseau de distribution d'énergie électrique en courant alternatif alimenté par des aérogénérateurs, la puissance électrique d'origine éolienne pouvant;-psrfois faire défaut, le fonctionnement en parallèle avec En ou plusieurs groupes est indispensable et la régulation de fréquences et de tension doit logiquement être confiée à ces groupes qui sont seuls capables de réagir aux variations de puissance absorbée par le réseau ou fournie par les aérogénérateurs. Lorsque sur une période de temps plus ou moins importante, la puissance absorbée par le réseau est inférieure à celle que peuvent fournir les aérogénérateurs, les groupes sont entratnés par les aérogénérateurs et la fréquence croit; la régulation de vitesse des groupes devient inopérante et le réglage de fréguence doit être confié aux aérogénérateurs dont la régulation de vitesse fonctionne à la façon habituelle, mais dont la fréquence de consigne est réglée à une valeur légèrement supérieure à la fréquence de régulation des groupes. Lorsque la puissance absorbée par le réseau est supérieure à la puissance maximale d'un aérogénérateur, la régulation de celle-ci ne peut pas être obtenue par l'intermédiaire de la viterse, en raison de la valeur très élevée de la pente w qui caractérise les couplages en alternatif, même dans le cas où la génératrice est asynchrone. La régulation de la puissance maximale délivrée par un aérogénérateur quelconque doit alors eAtre régulée directement ou, mieux encore, par l'intermédiaire du couple. Dans toute la gamme de vitessoeexplorée par le réseau, la puissance fournie par les aérogénérateurs sera ainsi maximale, et seulement limitée pour des raisons de sécurité par le dispositif selon l'invention. L'invention vise en conséquence à permettre de faire pivoter les pales de l'hélice de l'aérogénérateur sous l'effet de l'écart du couple-moteur par rapport à une valeur prédéterminée dans le sens du décrochage aérodynamique, ctest-i-dire de 1 aug- mentation de l'incidence du vent relatif. Â cet effet, le dispositif selon l'invention comprend un manchon solidaire de l'arbre à entralaner, le moyeu de l'aérogé nérateur étant articulé sur ledit manchon, ledit manchon et ledit moyeu étant accouplés au moyen de biellettes articulées sur le manchon et rappelées en contact avec le moyeu par des ressorts, et des moyens de transmission du déplacement dudit manchon aux pales de l'aérogénérateur. Dans le cas où le couple seul est régulé, les moyens de transmission sont constitués de biellettes articulées sur ledit manchon et sur lesdites pales. Lorsqu'on désire appliquer le dispositif selon l'invention à un aérogénérateur comportant des moyens de régulation de vitesse constitués par un système de masselottes agissant contre l'action d'un ressort, lesdits moyens de transmission sont agencés pour agir indépendamment de la régulation de vitesse ou conjoin- tement à elle, selon l'importance que l'on attache à l'influence de la vitesse sur la valeur de consigne du couple. Dans le cas d'un aérogénérateur dans lequel le calage initial est différent du calage optimal, les moyens de transmission sont agencés pour faire varier la position active des butées de calage optimal. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante faite en se référant au dessin annexé dans lequel s - la figure 1 est une vue schématique en élévation d'une partie d'un aérogénérateur équipé d'un dispositif de régulation de puissance selon l'invention - la figure 2 est une vue en plan de l'aérogénérateur de la figure 1 - la figure 3 est une vue en plan d'un aérogénérateur équipé d'un dispositif de régulation de vitesse et d'un dispositif de régulation de puissance agissant conjointement selon l'invention - la figure 4 est une vue en plan d'un aérogénérateur à calage initial différent du calage optimal, équipé d'un dispositif de régulation de vitesse ainsi que d'un dispositif de régulation de puissance agissant conjointement selon l'invention - la figure 5 est une vue en plan d'un aérogénérateur à calage initial différent du calage optimal, équipé d'un dispositif de régulation de vitesse, ainsi que d'un dispositif de régulation de puissance agissant indépendamment l'un de l'autre, selon l'invention. On se réfère tout d'abord aux figures 1 et 2. Les pales I de l'aérogénérateur sont montées pivotantes autour d'un axe 1' sur un moyeu 2 rotatif dans le sens de la flèche F (figure 1). Le moyeu 2 est articulé sur un manchon 3 solidaire de l'arbre à entrainer. Ive moyeu 2 comporte des avoues 4 et des biellettes 5, articulées à une extrémité 6 sur le manchon 3, qui traversent à leur autre extrémité les ;joues 4 et sont terminées par un flasque 7t,. un ressort de compression 8 (par exemple) étant interposé entre la joue 4 et le flasque 7. Une butée 9 limite le déplacement de la biellette 5 vers la joue 4. Les pales I sont également reliées au manchon 3 par des biellettes 10. Au cours de la rotation du moyeu 2 dans le sens de la flèche F, le couple est transmis au manchon 3 par les biellettes 5. Tant que ce couple reste inférieur à une valeur prédéterminée correspondant au tarage des ressorts 8, les butées 9 des biellettes 5 sont en butée sur les joues 4 du moyeu 2. Lorsque le couple dépasse cette valeur prédéterminée, les ressorts 8 sont comprimés, et les biellettes 5 laissent tourner le manchon, relativement au moyeu, dans le sens opposé à F, sous l'action du couple résistant. Le mouvement relatif du manchon 3 est transmis aux pales 1 par les biellettes 10. Les pales se déplacent dans le sens du décrochage aérodynamique, c 'est-à-dire dlune réduction du couple. Des amortisseurs (non représentés) peuvent être associés aux ressorts 8 pour améliorer l'amortissement de ces déplacements, ou l'introduire, ai cela est nécessaire, notamment lorsque le générateur est un alternateur. Dans le cas oh la régulation 'de couple selon l'invention est associée à une régulation de vitesse (figure 3) et agit conjointement à elle, les pales 1 sont, de manière connue, soumises à l'action de masselottes centrifuges Il et sont rappelées par un ressort de régulation de vitesse 12 disposé entre le moyeu 2 et un flasque mobile 13; les pales I sont reliées au flasque 13 par l'intermédiaire de biellettes 14 traversant ledit flasque et en butée contre lui, leur mouvement étant en outre limité par une butée 15. Les biellettes 10 ont toujours une extrémité articulée sur-le manchon 3 mais leur autre extrémité est articulée à une extrémité d'un levier coudé 16 monté pivotant autour d'un axe 17 solidaire du moyeu 2. Â l'autre extrémité du levier 16 est articulée une biellette 18 dont llau- trefextrémité traverse le flasque 13 en étant en butée sur celuici. Lorsque la vitesse nominale de régulation de vitesse est atteinte, la précontrainte du ressort 12 équilibre exactement l'action de la force centrifuge sur les masselottes 11. Le système de régulation de couple selon l'invention agit alors pour modifier cette précontrainte du ressort 12 en déplaçant le flasque 13. Le tarage du ressort 8 de régulation du couple peut tenir compte du fait que la vitesse de rotation de l'aérogénérateur peut être légèrement inférieure à la vitesse de régulation. Dans le cas plus complet (figure 4) d'un système à régulation de vitesse et calage initial différent du calage optimal, auquel est appliqué le dispositif de régulation de couple agissant conjointement selon l'invention, le montage est analogue à celui de la figure 3 mais la butée de calage optimal 20 est por téepar la biellette 14 et coopère avec un flasque intermédiaire 21. Ce flasque intermédiaire 21 est relié au manchon 3 de la même manière que le flasque 13 dans l'exemple de la figure 3; la biellette 10 est articulée sur le levier pivotant 16 qui entrat- ne une biellette 18' traversant le flasque 21 en étant en butée contre celui-ci.Dans le cas particulier représenté, l'axe de pivotement 1' de la pale 1 et l'axe de-pivotement 17 du levier 16 sont articulés l'un sur l'autre. Le calage initial est toujours assuré par la butée 15. Dans le cas d'un système à régulation de vitesse auquel on applique le dispositif de régulation de telle sorte qutil agisse indépendamment, selon l'invention (figure 5), le système demasselottes 11, d'articulation 17, de biellettes 14, de butées 15 et 20 et de ressort 12, est en tout point identique à celui de la figure 4. De même, le système de manchon 3, de joues 4, de biellettes 5, de flasques 7, de ressorts 8 et de butées 9, est identique à celui de la figure I; mais l'articulation 1' des pales est mé paniquement indépendante de l'articulation 17 du système de masselottes, bien qu'elle puisse être géométriquement confondue avec elle. Lorsque le couple est inférieur à sa valeur nominale, la biellette 5 est rappelée par le ressort 8 dans le sens opposé à la flèche, sans entraîner la pale dans ce sens. De même, lorsque la vitesse est inférieure à sa valeur nominale, le système de pales est rappelé sur le système de masselottes par un ressort 22 de force relativement faible, amenant 1e butée 20' en contact avec le plateau 21'. Tant que le couple est inférieur à sa valeur nominale, le système de pales esst-,par conséquent, lié au système de régulation de vitesse qui fonctionne de la façon habituelle indépen dament de la valeur du couple. Lorsque le couple dépasse sa valeur nominale, la biellette 5 se déplace dans le sens de la flèche, la butée 9' vient en contact avec le système de pales, celui-ci est entraîné dans le sens du décrochage aérodynamique, indépendamment de la vitesse de rotation; la butée 20' s'écarte du plateau 21' lié au système de masselottes. REVEND I OTI ONS 1.- Dispositif de régulation de la puissance électrique fournie par un aérogénérateur couplé à un réseau d'utilisation en courant alternatif d'importance variable, caractérisé par le fait qu'il comprend un manchon solidaire de l'arbre à entrai- ner, le moyeu de I'aérogénérateur étant articulé sur ledit manchon, ledit manchon et ledit moyeu étant accouplés au moyen de biellettes articulées sur le manchon et rappelées en contact avec le moyeu par des ressorts, et des moyens de transmission du déplacement dudit manchon aux pales de l'aérogénérateur. 2.- Dispositif selon la revendication I, dans lequel les moyens de transmission sont constitués de biellettes articulées sur ledit manchon et sur lesdites pales. 3.- Dispositif selon la revendication 1, ledit sérogénéra teur comportant des moyens de régulation de vitesse constitués par un système de masselottes agissant contre l'action de ressorts, dans lequel lesdits moyens de transmission sont agencés pour air sur lesdits ressorts. 4.- Dispositif selon la revendication 1 l'aérogénérateur comportant des moyens de régulation de vitesse, constitués par un système de masselottes agissant contre l'action de ressorts, dans lequel lesdits moyens de transmission sont agencés pour agir sur les pales indépendamment du système de masselottes. 5.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel les moyens de transmission du déplacement dudit manchon aux pales de l'aérogénérateur sont agencés pour faire tourner les pales dans le sens du décrochage aérodynamique.