Utilisation des Machines à Induction comme Générateurs
Les machines à induction sont particulièrement adaptées à l’utilisation en tant que générateur électrique et constituent un type courant de machine électrique. En plus de l’énergie solaire, la génération d’énergie éolienne est devenue une composante importante des systèmes d’énergie renouvelable à petite échelle pour les propriétaires.
Il existe plusieurs types génériques de générateurs qui peuvent être utilisés comme candidats pour les générateurs d’éoliennes ou d’hydroélectricité, mais le type de machine électrique le plus communément utilisé dans l’industrie est sans doute les machines à induction.
Les machines à induction, sous forme de générateurs à induction, également appelés « générateurs asynchrones », sont couramment utilisés pour des systèmes de petite taille en raison d’avantages tels que la simplicité, la disponibilité, la robustesse et surtout leur faible coût. De plus, comme les générateurs à induction (GI) sont sans balais (c’est-à-dire qu’ils n’ont ni commutateur ni balais en carbone), ils nécessitent très peu de systèmes de contrôle ou de maintenance, généralement juste un nettoyage et une lubrification des roulements pendant leur durée de vie.
Un générateur à induction ressemble beaucoup à un moteur à induction utilisé dans l’industrie, et c’est le cas, la différence étant que lorsque la machine est tournée plus vite que sa vitesse de fonctionnement normale, un générateur à induction produit de l’électricité alternée.
Le coût par kilowatt (kW) d’un générateur à induction monophasé est généralement plus élevé que celui d’un générateur triphasé de même taille en termes de puissance de sortie. Par conséquent, les générateurs triphasés, qui peuvent également produire une sortie de tension monophasée, sont normalement utilisés.
La plupart des systèmes à petite échelle faits maison sont conçus pour fonctionner en parallèle avec le réseau électrique, fournissant une fraction des besoins en énergie totale du propriétaire. Un générateur à induction est capable de produire de l’énergie électrique compatible avec le réseau sans utiliser d’onduleur ou de contrôles électroniques supplémentaires, car il se synchronise avec le réseau, c’est-à-dire qu’il produit de l’électricité à la même fréquence et tension.
Dans de telles opérations, la tension et la fréquence de sortie des générateurs sont maintenues dans des limites acceptables par la compagnie d’électricité en connectant une charge résistive qui maintient la somme de la charge consommateur et de la charge de ballast à une valeur constante. Des condensateurs statiques sont parfois utilisés pour la correction du facteur de puissance et pour fournir de l’excitation à la machine.
La machine à induction à rotor à BARRES en génération éolienne et hydroélectrique est largement acceptée comme le générateur de choix. En général, un générateur d’éolienne est plus difficile à contrôler que les générateurs hydroélectriques car leur vitesse et donc leur puissance de sortie varient considérablement.
Cependant, comme le générateur à induction est connecté au réseau électrique à une fréquence constante, aucun équipement de synchronisation n’est nécessaire; le générateur à induction fonctionne à une vitesse pratiquement constante (dans une petite plage de glissement). Ainsi, lorsqu’il est utilisé comme éolienne, il fonctionne avec une efficacité optimale uniquement dans une petite plage de variation de vitesse du vent.
Une machine à induction n’a pas une vitesse de rotation prédéfinie pour une fréquence et une tension données comme dans le fonctionnement d’un générateur synchrone, mais sa vitesse à une fréquence du réseau constante peut varier avec la charge. La puissance délivrée par le générateur varie au fur et à mesure que la vitesse de la machine change.
À la vitesse synchrone, c’est-à-dire la vitesse de rotation exactement égale à la fréquence AC, aucune puissance n’est générée. La différence entre la vitesse synchrone des générateurs et la vitesse réelle est appelée « glissement ». Le couple et la puissance des machines varient linéairement avec le glissement.
Si le glissement des générateurs est contrôlé en fonction des besoins de charge, le générateur à induction fournira la puissance nécessaire. La vitesse synchrone est une fonction de la fréquence électrique tandis que la vitesse réelle est déterminée par la turbine à eau ou à vent connectée à l’arbre du générateur. Par conséquent, pour générer de l’énergie, le générateur à induction doit tourner plus vite que la vitesse de glissement.
Il est clair que pour la génération à petite échelle, la machine à induction, lorsqu’elle est utilisée comme générateur, convertit l’énergie potentielle en énergie cinétique, puis en énergie électrique. Le rotor tourne au-dessus de la vitesse synchrone et développe un contre-couplet qui s’oppose à cette sur-vitesse, produisant le même effet qu’un frein.
Le rotor des générateurs restitue l’énergie sous forme d’énergie électrique au lieu de la dissiper sous forme de chaleur, communément appelé génération asynchrone. Ensuite, l’énergie cinétique est convertie en énergie électrique et le générateur fournit de la puissance active au réseau électrique.
Cependant, pour fonctionner correctement, le réseau électrique doit également fournir une puissance réactive pour créer le champ magnétique tournant du stator. Cela signifie qu’un générateur à induction reçoit son courant d’excitation ou de magnétisation directement du réseau électrique. Ainsi, un générateur à induction consomme plutôt que fournit de la puissance réactive (KVAR) et ne fournit que de la puissance réelle (KW) directement au réseau.
Les moteurs peuvent généralement fonctionner comme des générateurs, et vice versa. Étant donné que le générateur à induction est en fait un moteur à induction entraîné par une turbine appelée prime moteur, il présente plusieurs avantages par rapport aux autres types de générateurs.
Avantages des Machines à Induction comme Générateurs
- Ils sont moins chers et plus facilement disponibles qu’un générateur synchrone équivalent.
- Ils ne nécessitent pas d’anneaux de glissement pour transmettre le courant aux bobines du rotor.
- Les générateurs à induction ne nécessitent pas de tension d’excitation de champ CC externe.
- Le courant électrique est induit dans les enroulements du rotor par effet transformateur.
- Ils se synchronisent automatiquement avec le système électrique, rendant leurs contrôles plus simples et moins coûteux.
Que ce soit une machine à induction triphasée à rotor à BARRES ou un moteur à induction de type condensateur, l’une des deux options peut être utilisée comme générateur à induction. Parmi les deux choix, le moteur triphasé est plus adapté. Ces machines peuvent généralement être trouvées dans les ateliers de réécriture de moteurs, les casses, les dépôts de sauvetage, etc., à un prix assez bas, car elles sont très abondantes. La plupart des appareils domestiques tels que les lave-linges et les sèche-linges utilisent généralement des moteurs à induction monophasés.
La taille de la machine à induction dépend de la capacité que vous aurez besoin du générateur. L’efficacité augmente avec la taille, mais il n’est généralement pas nécessaire de dépasser environ 10HP (7,5 kW) pour une machine triphasée ou 3HP (750W) pour une machine monophasée. En général, les meilleures machines à induction pour une utilisation en tant que générateurs d’éoliennes sont classées à 1700 tr/min ou plus.
Pour en savoir plus sur les « générateurs à induction », ou pour obtenir plus d’informations sur l’énergie éolienne concernant les différents systèmes de génération d’éoliennes disponibles, ou pour explorer les avantages et inconvénients de l’utilisation des générateurs à induction dans le cadre d’un système d’éolienne connecté au réseau, cliquez ici pour obtenir votre exemplaire de l’un des meilleurs livres de générateurs à induction auto-excités triphasés directement sur Amazon aujourd’hui.