Brevet FR2551599A1 — publié le 19850308

Machine synchrone à régulateur supraconducteur de tension et vitesse La présente invention est relative à une machine synchrone à régulateur de tension et de vitesse. Les alternateurs entrainés par des turbines et couplés au réseau, 5 sont associés à des dispositifs auxiliaires permettant de réguler la vitesse et la tension qui sont sujettes à des variations pour des causes diverses (délestage, court-circuits, oscillations aléatoires, etc) Ces dispositifs auxiliaires présentent des inconvénients, en particulier des temps de réponse trop élevés Il en résulte que dans 10 certains cas, les écarts de vitesse ou de tension sont très difficilement limités par les régulateurs existants. Ceci conduit à dimensionner les machines synchrones tant mécaniquement qu'électriquement pour des contraintes très supérieures aux contraintes nominales. Un but de l'invention est de réaliser une machine synchrone ayant un régulateur de vitesse et de tension incorporé simple, et assurant des temps de réponse très courts. Il en résulte des gains dans le dimensionnement de la machine, ainsi que dans celui de la turbine (dans le cas d'un alternateur) et dans 20 celui du transformateur de couplage au réseau, par suite de la diminution des courants transitoires. On connait un dispositif de régulation des fluctuations de tension d'un réseau alternatif électrique à haute tension, comprenant une bobine supraconductrice connectée au réseau par l'intermédiaire d'un circuit 25 convertisseur alternatif-continu piloté par un calculateur. On se référera à ce sujet à l'article paru dans: IEE Transactions on Magnetics Vol MAG-17 N 5, Septembre 1981, page 1950. " 30 MJ Superconducting magnet energy storage for BPA transmission 30 line stabilizer" par R I SCHERMER, H J BOENIG et J DEAN. L'injection rapide dans le réseau d'un courant de phase convenable permet d'amortir les oscillations et de régulariser la tension du réseau. C'est le mérite de l'inventeur d'avoir songé à placer au coeur même 35 d'une machine synchrone, une bobine supra conductrice capable de stocker -2 et de restituer rapidement une énergie appropriée pour réguler vitesse et tension de la machine. L'invention a pour objet une machine électrique synchrone à régulateur de tension et de vitesse, comprenant un stator muni d'un enroule5 ment induit et un rotor muni d'un enroulement inducteur, destinée à être reliée à un réseau d'alimentation (fonctionnement en moteur) ou d'utilisation (fonctionnement en alternateur), caractérisée en ce que l'enroulement statorique est couplé à un second enroulement statorique alimentant un circuit redresseur statique relié en sortie à une bobine supra10 conductrice de stockage d'énergie, le circuit redresseur étant commandé par un calculateur programmé pour injecter dans le stator des puissances actives et réactives de manière à atténuer les régimes transitoires. Selon un mode particulier de réalisation le pont redresseur est également alimenté par un enroulement spécial d'un transformateur de 15 tranche couplant la machine à un réseau. L'invention sera bien comprise par la description ci-après de deux modes de réalisation de l'invention en référence au dessin ci-annexé dans lequel: la figure 1 est un schéma électrique d'une machine synchrone 20 selon un premier mode de réalisation la figure 2 est un schéma électrique d'une machine synchrone selon une variante. Les schémas des figures sont des représentations monophasées afin d'en simplifier la compréhension. Dans la figure 1, le cercle M représente les parties stator et rotor de la machine, à l'exclusion de l'enroulement statorique ES représenté à l'extérieur du cercle pour la clarté du dessin. Selon l'invention, l'enroulement statorique ES est associé et couplé magnétiquement et électriquement à un second enroulement stato30 rique e connecté à une première diagonale d'un pont redresseur statique R. Une bobine supraconductrice BS est branchée aux bornes de la seconde diagonale du pont redresseur. Le pont redresseur est commandé par un calculateur C selon un 35 programme dont les paramètres sont par exemple le courant i et la ten- -3 sion u statoriques, et la vitesse v de la machine Les paramètres sont fournis au calculateur par des capteurs non représentés. La machine fonctionne, soit en alternateur pour fournir du courant à un réseau d'utilisation RU par l'intermédiaire d'un transformateur de tranche TR, soit en moteur en recevant du courant du réseau. Dans la machine de la figure 1, stator et rotor peuvent être du type classique à enroulements de cuivre fonctionnant à température supérieure à l'ambiante. En variante, au moins un des enroulement de la machine est supra 10 conducteur. En cas d'instabilité de vitesse ou de tension, la bobine BS injecte une énergie dans le circuit statorique. Selon le cas, le courant injecté sera en phase ou en opposition de phase avec la tension du stator (apport d'énergie active) ou en quadra15 ture (apport d'énergie réactive). On peut ainsi, de manière quasi instantanée, stabiliser la machine en tension (amortissement des petites oscillations et des oscillations hyposynchrones) et en vitesse (suppression des variations de vitesse lors du délestage ou en cas de court-circuit (fonctionnement en alterna20 teur) ou en cas de forte variation du couple résistant (fonctionnement en moteur). Il en résulte pour la machine des avantages nombreux qui se traduisent par une forte réduction du coût de la machine et de ses dimensions et une amélioration de ses performances: a/ Les régulations dé vitesse et de tension sont quasi-instantanées; b/ la régulation peut être optimisée aisément quelle que soit la technologie de la machine et les caractéristiques particulières du réseau o elle est implantée c/ on peut supprimer les enroulements amortisseurs d/ la régulation proposée permet de limiter les valeurs des courants, des couples et des vitesses en toutes circonstances, ce qui permet de réduire les dimensions de la machine pour une puissance donnée, par rapport aux machines connues (gain de poids, de coût) e/ les problèmes de fonctionnement du réseau électrique et du générateur 35 sont quasiment indépendants, ce qui confère à la machine une très grande souplesse d'exploitation. -4 La figure 2 représente une variante de réalisation de la machine. Les éléments communs aux figures 1 et 2 ont reçu les mêmes numéros de référence. Dans ce mode de réalisation, il y a deux ponts redresseurs R 1, R 2 5 (ensemble dodécaphasé) connectés d'une part à l'enroulement statorique e et d'autre part à un enroulement el du transformateur de tranche TR. Dans le cas o l'alternateur est couplé en étoile et le transformateur en triangle, cette disposition permet de limiter les taux d'harmoniques introduits par le redresseur. 10 -5 REVENDICATIONS 1/ Machine électrique synchrone à régulateur de tension et de vitesse, comprenant un stator muni d'un enroulement induit et un rotor muni d'un enroulement inducteur, destinée à être reliée à un réseau d'alimentation 5 (fonctionnement en moteur) ou d'utilisation (fonctionnement en alternateur), caractérisée en ce que l'enroulement statorique (ES) est couplé à un second enroulement statorique (e) alimentant un circuit redresseur (R) statique relié en sortie à une bobine supraconductrice (BS) de stockage d'énergie, le circuit redresseur étant commandé par un calcu10 lateur (C) programmé pour injecter dans le stator des puissances actives et réactives de manière à atténuer les régimes transitoires. 2/ Machine électrique synchrone selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pont redresseur (R 1, R 2) est alimenté par un enroulement spécial (el) d'un transformateur de tranche (TR) couplant la machine à un 15 réseau (RU).