Brevet FR2870401A1 — publié le 20051118

La présente invention concerne un générateur électrique capable de fonctionner en autonome, sur charge dont le facteur de puissance est ou n'est pas unitaire. La production d'énergie électrique sur le réseau (centrales) ou en fonctionnement autonome (groupes électrogènes) est très majoritairement réalisée par des machines synchrones (alternateurs). La machine asynchrone à cage d'écureuil présente de grandes qualités qui la font choisir pour la majorité des moteurs de l'industrie. En génératrice, elle présente l'inconvénient d'absorber sa puissance réactive. On peut la faire débiter sur le réseau qui lui fournit alors sa puissance réactive: c'est le cas dans les micro-centrales et certaines éoliennes. En fonctionnement autonome, déconnectée du réseau, le problème se pose de fournir la puissance réactive à la génératrice et à sa charge si celle-ci a un facteur de puissance différent de un. Le générateur conçu résout ce problème. Selon les modes particuliers de réalisation, le générateur peut être monophasé ou triphasé. La description sera appuyée sur les schémas 1 et 2 qui représentent un générateur triphasé. L'invention est composée: - d'une machine (1) asynchrone standard à rotor en court-circuit, entraînée en rotation hypersynchrone par une source d'énergie mécanique, un moteur thermique diesel par exemple. Le moteur sera régulé en vitesse pour fixer la fréquence des tensions produites par la génératrice; - de trois condensateurs d'amorçage (2), connectés en étoile ou en triangle; - d'un dispositif électronique qui fournit la puissance réactive à la génératrice et à sa charge. 2870401 -2- Le circuit puissance de ce dispositif comprend un pont onduleur (3) piloté en Modulation de Largeur d'Impulsions dont le côté continu est connecté à un condensateur C (4). Trois inductances (5) relient le côté alternatif du pont onduleur et le réseau composé de la génératrice et de sa charge. L'ensemble, pont onduleur (3), condensateur (4) et inductances (5), constitue un générateur de courant. La commande du dispositif, qui peut être réalisée en électronique analogique ou numérique, comprend une première boucle (6) de régulation externe qui impose les tensions de sortie de la génératrice asynchrone. Pour contrôler indépendamment les trois tensions simples produites par la génératrice, trois boucles seraient nécessaires. La mise en quadrature des deux tensions simples V1 et V3, produit deux tensions Vlr et Var qui, multipliées par la sortie 6s du régulateur de la boucle (6) constituent les références Ilr et I3r des courants réactifs. Une deuxième boucle (7) de régulation externe fixe la tension du condensateur C. La sortie 7s du régulateur de la boucle (7), après multiplication par les deux tensions simples V1 et V3, constitue les références Ila et I3a des courants actifs. La référence Ila de courant actif de la phase 1 est additionnée à la référence Ilr de courant réactif de la phase 1. Leur somme constitue la consigne I1 réf d'une boucle (8) de régulation interne qui fixe la valeur instantanée du courant I1 fourni par l'onduleur à la phase 1. La référence I3a de courant actif de la phase 3 est additionnée à la référence I3r de courant réactif de la phase 3. Leur somme constitue la consigne I3 réf d'une boucle (9) de régulation interne qui fixe la valeur instantanée du courant I3 fourni par l'onduleur à la phase 3. Les deux régulateurs des boucles (8) et (9) contrôlent les courants onduleurs I1 et I3 dans les phases 1 et 3. Le courant dans la phase 2 est contrôlé par un signal obtenu à partir des sorties des deux régulateurs, en s'appuyant sur le -3- 2870401 fait que la somme des courants des trois phases est nulle, donc, I2=-I1-I3.Dans le cas ou l'on voudrait piloter indépendamment les trois courants, le signal pilotant I2 serait obtenu identiquement à ',et I3. Les sorties des régulateurs des boucles (8) et (9) et le signal contrôlant I2, sont les entrées du driver MLI (10) qui pilote le pont onduleur (3). Le fonctionnement du générateur est le suivant. La génératrice asynchrone entraînée à la vitesse de synchronisme va s'amorcer grâce aux condensateurs raccordés à ses bornes jusqu'à une tension inférieure à sa tension nominale. La mise en fonctionnement du dispositif électronique va permettre à ce dernier de fournir le complément de puissance réactive nécessaire à la génératrice. Si une charge demande à la génératrice de la puissance active, la régulation de vitesse du moteur d'entraînement devra accélérer la génératrice pour la rendre capable de fournir cette puissance et maintenir la fréquence. Si la charge demande à la génératrice de la puissance réactive, les boucles de régulation du dispositif électronique permettront à celui-ci la fourniture de la puissance réactive demandée et le maintien de la tension de la génératrice. La présente invention est destinée à remplacer des génératrices synchrones. Les avantages attendus sont: - une plus grande fiabilité pour la machine asynchrone; - l'absence de bagues, de balais, de diodes tournantes; - une plus grande facilité pour construire une machine étanche; - une machine moins chère. 4 REVENDICATIONS A-Générateur électrique caractérisé en ce qu'il comporte une machine asynchrone standard fonctionnant en génératrice, un ou plusieurs condensateurs d'amorçage et un dispositif électronique fournissant la puissance réactive à la génératrice et à sa charge. 2_ Générateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif électronique est constitué d'un générateur de courant comprenant un pont onduleur piloté en Modulation de Largeur d'Impulsions dont le côté *continu est connecté à un condensateur et dont le côté alternatif est connecté à une ou plusieurs inductances. 3-Générateur selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que le dispositif électronique possède une commande qui peut être réalisée en électronique analogique ou numérique et qui comprend une première boucle de régulation externe qui impose la ou les tensions de sortie de la génératrice asynchrone, une deuxième boucle de régulation externe qui fixe la tension du condensateur et de une ou plusieurs boucles de régulation interne qui fixent la valeur instantanée du ou des courants fournis par l'onduleur.