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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Equipement électrique des microcentrales hydroélectriques. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Sources d'énergie alternatives Hydrogénérateurs Un hydrogénérateur est un générateur de courant électrique entraîné par une turbine hydraulique. Typiquement, un générateur hydraulique est un générateur synchrone (Fig. 31), dont le rotor est relié à une turbine hydraulique (directement ou via des mécanismes de transmission).
Il est également permis d'utiliser un moteur électrique asynchrone ordinaire en mode générateur, c'est-à-dire que la rotation de ce moteur électrique à partir d'une turbine hydraulique produira également du courant électrique, mais en mode asynchrone (Fig. 32). Cependant, leur utilisation est limitée par le fait qu'ils sont des générateurs de puissance active et des consommateurs de puissance réactive. Par conséquent, les générateurs asynchrones ne peuvent fonctionner que dans un système où il existe une source de puissance réactive. La puissance réactive provient de condensateurs connectés en parallèle avec la charge, ou afin d'améliorer les propriétés opérationnelles du générateur asynchrone, des condensateurs supplémentaires sont installés qui sont connectés en série avec la charge. Mais l'efficacité de cette option est inférieure à l'utilisation d'un générateur synchrone.
La conception d'un hydrogénérateur est principalement déterminée par la position de l'axe de son rotor, la vitesse de rotation, ainsi que le type et la puissance de la turbine. Les puissants générateurs hydrauliques à basse vitesse sont généralement fabriqués avec un axe de rotation vertical, les générateurs à grande vitesse avec une turbine hydraulique à godets - avec un axe de rotation horizontal. La fréquence de rotation des hydrogénérateurs pour les microcentrales hydroélectriques varie de 600 à 1500 tr/min. Le choix du générateur pour les caractéristiques de vitesse dépend du type de turbine utilisé. De plus, il existe des caractéristiques de conception et de fonctionnement des hydrogénérateurs. Les générateurs à vitesse lente sont plus durables et fiables, mais en même temps ils sont gros et chers. Le principe de fonctionnement du générateur Le principe de fonctionnement de tout générateur est basé sur le phénomène d'induction électromagnétique. La conversion de l'énergie mécanique du moteur (de rotation) en énergie de courant électrique est expliquée par la figure suivante :
Si un cadre tourne uniformément dans un champ magnétique uniforme, une force électromotrice variable y apparaît, dont la fréquence est égale à la fréquence de rotation du cadre. Que nous fassions tourner le cadre dans un champ magnétique, ou un champ magnétique autour du cadre, ou un champ magnétique à l'intérieur du cadre, le résultat sera le même - une force électromotrice qui change selon une loi harmonique. Particularités des générateurs synchrones et asynchrones Une génératrice synchrone est une machine électrique synchrone fonctionnant en mode générateur, dans laquelle la fréquence de rotation du champ magnétique du stator est égale à la fréquence de rotation du rotor. Le rotor est constitué d'un bobinage. Lorsqu'une tension est appliquée à un enroulement à pôles magnétiques, un champ magnétique apparaît, ce qui crée un champ magnétique tournant. Ce champ magnétique, traversant l'enroulement du stator, y crée une force électromotrice. Selon le type d'enroulement, le rotor peut être en court-circuit ou en phase. Le champ magnétique tournant créé par l'enroulement auxiliaire du stator induit un champ magnétique sur le rotor qui, en tournant avec le rotor, crée une force électromotrice dans l'enroulement de travail du stator. Le rotor, lors du démarrage de la centrale électrique, crée un champ magnétique faible, mais avec une augmentation de la vitesse, la force électromotrice dans l'enroulement d'excitation augmente également. La tension de cet enroulement, via l'unité de réglage automatique (AVR), est fournie au rotor, contrôlant la tension de sortie en modifiant le champ magnétique. Par exemple, une charge inductive connectée démagnétise le générateur et abaisse la tension, et lorsqu'une charge capacitive est connectée, le générateur est polarisé et la tension augmente. C'est ce qu'on appelle la "réaction d'ancrage". Pour assurer la stabilité de la tension de sortie, il est nécessaire de modifier le champ magnétique du rotor en régulant le courant dans son enroulement (pour les générateurs synchrones), qui est fourni par l'unité AVR (stabilisateur de tension). Grâce à ce mode de régulation, quelle que soit l'évolution du courant de charge et de la vitesse de la turbine HPP, la grande stabilité de la tension de sortie du générateur est maintenue. L'avantage des générateurs synchrones est la grande stabilité de la tension de sortie, et l'inconvénient est la possibilité de surintensité, car avec une charge excessive, le régulateur peut augmenter excessivement le courant dans l'enroulement du rotor. Un autre inconvénient des générateurs synchrones est la présence d'un ensemble de balais, qui devra tôt ou tard être entretenu, cependant, à l'heure actuelle, cet inconvénient a été pratiquement éliminé. Étant donné que les générateurs synchrones modernes sont pour la plupart sans balais, leur rotor ne possède pas d'ensemble collecteur-balais et le courant dans l'enroulement d'excitation (dans le rotor) est induit par un champ magnétique alternatif créé par l'enroulement stator principal et / ou supplémentaire. Générateur asynchrone - une machine électrique asynchrone fonctionnant en mode freinage, dont le rotor tourne plus tôt que prévu, mais dans le même sens que le champ magnétique du stator. Dans une génératrice asynchrone, le rotor est réalisé sous la forme d'un aimant permanent ou d'un électroaimant. Le nombre de pôles du rotor peut être de deux, quatre, etc., mais toujours un multiple de deux. Dans ce cas, plus la vitesse de rotation du générateur est faible, plus le générateur doit avoir de pôles. Le champ magnétique tournant reste toujours inchangé et n'est pas réglable, de sorte que la tension et la fréquence à la sortie du générateur dépendent de la vitesse du rotor et, par conséquent, de la stabilité de la rotation de la turbine. Malgré la facilité d'entretien, la faible sensibilité aux courts-circuits et le faible coût, les générateurs asynchrones sont assez rarement utilisés, car ils présentent un certain nombre d'inconvénients: manque de fiabilité de fonctionnement sous des charges extrêmes; dépendance de la tension de sortie et de la fréquence du courant sur le fonctionnement stable de la turbine hydraulique, etc. Auteurs : Kartanbaev B.A., Zhumadilov K.A., Zazulsky A.A.
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