Brevet FR2568428A1 — publié le 19860131

La présente invention concerne un procédé et une installation de régulation en tension d'une machine asynchrone utilisée en génératrice autonome, par variation échelonnée d'une batterie de condensateurs connectés sur le réseau, en fonction du point de fonctionnement souhait, dépendant de la charge réelle de l'utilisateur. L'utilisation d'une machine asynchrone en tant que génératrice autonome h régime variable, c'est--dire isolée du réseau extérieur et sans batterie fixe, permet de diminuer le coût et l'encombrement de l'ensemble turbo-électrique et un fonctionnement en milieu ambiant sévère. En outre la machine asynchrone, d'un coût bien moindre qu'un alternateur de même puissance, est d' une durée de vie et d'une robustesse bien plus élevées si bien qu'elle convient parfaitement à la production locale d'électricité pour de petites collectivités isolées, par exemple les pays en voie de développement. L'utilisation d'une telle machine asynchrone nécessite toutefois une régulation de la tension du réseau ainsi desservi dont la charge du ou des utilisateurs peut varier dans de larges proportions. On connaît dé3d, ainsi qu'il est décrit dans le brevet FR-2 008 729, un procédé de régulation en tension d'un alternateur asynchrone par commutation échelonnée d'une batterie de condensateurs. Toutefois il est spécifié dans ce brevet que l'utilisation de la génératrice asynchrone se fait à régime de fonctionnement normal ctest-à-dire è une tension pratiquement stabilisée. En effet, dans ce procédé, la régulation porte sur le courant, à tension du réseau constante. Donc la régulation n'est faite que pour absorber les variations progressives de la charge commutée sur le réseau. Dans le cas d'une forte perturbation appliquée à la génératrice, par exemple lors du démarrage direct d'un moteur asynchrone triphasé, le diagramme du cercle qui est utilisé pour la régulation ne peut plus servir de modèle.En effet la démagntisation brusque de la machine conduit à une chute simultané de la tension et du courant. Cette conséquence, contraire au principe adopté, provoque une insta bilité conduisant au décrochage de la génératrice. Le principe de régulation décrit dans le brevet précité ne peut donc s'appliquer en fonctionnement perturbé. Par ailleurs le maintien de la charge des condensateurs è la valeur crête de la tension, en régime stabilisé, ne permet pas leur commutation lors de chutes inévitables et importantes de la tension réseau et cette impossibilité conduit à un décrochage de l'ensemble turbo-électrique. La présente invention vise h remédier à ces inconvénients en procurant un procédé et une installation permettant d'obtenir à coup sûr une régulation en régime transitoire grâce å une détermination de la charge instantanée réelle commutée sur le réseau, a partir de tous ses éléments caractéristiques. A cet effet ce procédé pour stabiliser la tension aux bornes d'une génératrice alternative asynchrone à point de fonctionnement variable et à puissance utile variable, par commutation de capacités échelonnées, sans adjonction de charges résistives, est caractérisé en ce qu'on tient compte des paramètres de la machine, des tolérances de fluctuation admises, des consignes d'arrêt,--d'alarme ou d'ouverture du réseau et des temps de réponse souhaités, on mesure, par échantillonnage, au moins une tension et au moins un courant du réseau, on en déduit les valeurs-efficaces vraies des courants, des déphasages et des déséquilibres du réseau, on déduit le type et la valeur de la charge commutée par l'utilisateur du réseau, on déduit le point de fonctionnement nécessaire au maintien de la tension du réseau après commutation de cette charge, on déduit la charge capacitive nécessaire pour le point de fonctionnement précédemment calculé ou les consignes nécessaires à l'ouverture du réseau (court-circuit sur une phase), on détermine les diverses capacités élémentaires qui sont nécessaires, et on commmute ces capacités sur le réseau. L'invention a également pour objet une installation pour la mise en oeuvre du procédé précité caractérisée en ce qu'elle comprend un contrôleur temps réel fonctionnant en multitâches recevant, par l'intermédiaire d'un bus analo gique, des informations provenant de capteurs déterminant la tension, l'intensité, le déphasage et la période du courant du réseau, ce contrôleur étant connecté a sa sortie à la batterie de capacités pour les commuter sélectivement sur le réseau en fonction des informations d'entrée rogues, Le procédé et l'installation suivant l'invention offre plusieurs avantages. En premier lieu la prise en compte des paramètres instantanés du réseau, à savoir la tension, l'intensité, le facteur de puissance et la fréquence, par échantillonnage, permet de calculer le type de la charge commute et de déduire le choix optimal des condensateurs b coupler, suivant un modèle auto-adaptif. Par ailleurs les condensateurs constituant la batterie de capacités ne sont pas maintenus à la tension maximale mais ils sont déchargés h l'aide de résistances branchées en parallèle, permettant ainsi leur commutation en phase critique. Le procédé et l'installation permettent d'obtenir un bon fonctionnement de l'ensemble turbo-électrique non seulement en régime variable mais encore lors de fortes perturbations. Le contrôleur temps réel fonctionnant en multitâches permet de déterminer très rapidement le point de fonctionnement répondant à chaque charge demandée pour maintenir la tension constante et de commuter à temps les étages de capacités nécessaires, notamment- pour des charges importantes. nn décrira ci-aprèsd titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention,en référence au dessin annexe qui est un schéma synoptique d' une installation de régulation suivant l'invention. L'installation représentbe sur le dessin est prévue pour stabiliser la tension aux bornes d'une génératrice alternative asynchrone 1 à point de fonctionnement varia hie et à puissance utile variable. Cette génératrice alimente un roseau triphasé 2 qui est connecté, par l'intermé- diapre d'un contacteur 3, à une charge variable 4. Suivant l'invention, l'installation comprend un contrôleur temps réel 5, fonctionnant en multitaches qui reçoit des informations, les traite et commande la commutation d'une batterie de condensateurs 60, 61... 6n qui peuvent être reliés sélectivement au réseau triphasé 2. Chaque groupe de condensateurs comprend trois condensateurs montés en étoile et sur chaque condensateur est branchée, en parallèle, une résistance de décharge 6a. La commutation sélective des batteries de condensateur est réalisée par l'intermédiaire de contacteurs 71... 7n associés respectivement aux batteries de capacité 60, 61 ... 6n Une batterie de capacités fixes R est également connectée en permanence au réseau 2. Le contrôleur multitâches 5 prend en considération des paramètres de la machine 1 et notamment des consignes arrêt/marche, la température, la vitesse, les valeurs de ces paramètres tant transmises au contrôleur 5 par une ligne 9. Le contrôleur 5 émet également, sur une ligne 11, un signal de consigne ouvertur'e/fermeture du réseau transmis au contacteur 3. Par ailleurs le contrôleur 5 est également relié à un ensemble 12 qui mesure la tension, le courant, le déphasage et la période sur le réseau triphasé 2. Cet ensemble de mesure 12 est connecté, par un bus analogique 13, au contrôleur 5. Ce contrôleur 5 comporte un étage d'échantillonnage 14 recevant les informations analogiques transmises par le bus 13, puis un étage 15 de détermination de la charge réelle commutée puis un étage 16 de calcul de la capacité nécessaire et des consignes. Cet étage 16 commande sélectivement les divers contacteurs 7n, 71--- 7n pour brancher, sur le réseau 2, la capacité additionnelle désirée et il admet également les signaux de consigne appropriés sur les lignes 9 et il. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour stabiliser la tension aux bornes d'une génératrice alternative asynchrone à point de fonctionnement variable et à puissance utile variable, par commutation de capacités échelonnées, sans adjonction de charges résistives, caractérisé en ce qu'on tient compte des paramètres de la machine, des tolérances de fluctuation admises, des consignes d'arrêt, d'alarme ou d'ouverture du réseau et des temps de réponse souhaités, on mesure, par échantillonnage, au moins une tension et au moins un courant du réseau, on en déduit les valeurs efficaces vraies des courants, des déphasages et des déséquilibres du réseau, on déduit le type et la valeur de- la charge commutée par l'utilisateur du réseau, on déduit le point de fonctionnement nécessaire au maintien de la tension du réseau après commutation de cette charge, on déduit la charge capacitive nécessaire pour le point de fonctionnement précédemment calculé ou les consignes nécessaires a l'ouverture du réseau (court-circuit sur une phase), on détermine les diverses capacités élémentaires qui sont nécessaires, et on commmute ces capacités sur la réseau. 2.- Installation pour la misa en oeuvre du procédé suivant la revendication lvcaractérisée en ce qu'elle comprend un contrôleur temps réel (5) fonctionnant en multitâches recevant, par l'intermédiaire d'un bus analogique (13), des informations provenant de capteurs (12) déterminant la tension, l'intensité, le déphasage et la période du courant du réseau (2), ce contrôleur (5) étant connecté, à sa sortie, a la batterie de capacités (60,61... 6n) pour les commuter sélectivement sur le réseau (2) en fonction des informations d'entrée reçues. 3.- Installation suivant la revendication 2 caractérisée en ce que sur chaque capacité est branchée, en parallèle, une résistance de décharge (6a). 4.- Installation suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que le contrôleur ( 5) comporte un étage d'échantillonnage (14) recevant les informations analogiques transmises par le bus (13), puis un étage (15) de détermination de la charge réelle commutée puis un étage (16) de calcul de la capacité nécessaire et des consignes, cet étage (16) commandant sélectivement les divers contacteurs (70, 71... 7n) pour brancher, sur le réseau (2), la capacité additionnelle désirée, et émettant également des signaux de consigne appropriés sur des lignes (9 et 11).