L'éolienne sert à transformer l'énergie mécanique du vent en énergie électrique. Nous vous proposons d'étudier la génératrice asynchrone à cage d'une éolienne installée au sein d'une ferme éolienne de puissance totale de 7,5 MW. Les éoliennes fonctionnent à vitesse fixe, la génératrice est reliée au réseau. Nous allons déterminer la puissance, la vitesse de rotation de l'arbre de la génératrice, et le schéma équivalent de la génératrice. Les éoliennes comportent des multiplicateurs.

Le schéma est le suivant :

Soient les données suivantes :

V = 15 m/s, la vitesse du vent nominale supposée constante
N = 32,8 tr/min, la vitesse nominale de la turbine éolienne
, la masse volumique de l'air
Cp = 0,27, le coefficient aérodynamique
R = 21,7 m, le rayon des pales

Question 1

Calculez la puissance électrique en sortie de la génératrice et la vitesse de rotation de l'arbre de la génératrice sachant que le multiplicateur utilisé a un rapport de 46,48 et un rendement de 96% et que les éoliennes tournent à 32,5 tr/min. Les pertes dues à la génératrice sont supposées négligeables.

 

Question 2

Dans un deuxième temps, on souhaite déterminer le schéma équivalent de la génératrice asynchrone. On suppose que l'hypothèse de Kapp est vérifiée.

Schéma équivalent monophasé de la machine asynchrone

La plaque signalétique indique  (en fonctionnement moteur) : 4 pôles, tension nominale entre phases : 660 V, courant nominal : 760 A, couplage : étoile, fréquence nominale : 50 Hz, puissance : 790 kW (avec prise en compte des pertes électriques),  : 0,91, vitesse : 1509 tr/min.

On a réalisé deux essais :

-Essai en moteur à vide :

Tension	660,3 V
Courant	209,4 A
Puissance absorbée	11,17 kW

-Essai à rotor bloqué

Tension	120,1 V
Courant	980 A
Puissance absorbée	25,6 kW

-Essai en courant continu

La résistance statorique entre deux bornes est égale à 5,63 m Ω.

On donne :

Les pertes mécaniques :

- Exploitation de l'essai à vide

Déterminer les pertes Joule statoriques et rotoriques ainsi que les pertes fer statoriques . En déduire la résistance et la réactance du schéma équivalent.

 

 

- Exploitation de l'essai à rotor bloqué

Calculer la résistance rotorique et la réactance de fuites X ramenées au stator.

 

Question 3

Déterminer le couple électromagnétique sur l'arbre de la machine asynchrone.

 

 

Question 4

La machine asynchrone consomme de la puissance réactive. Pour compenser cette consommation de puissance réactive, la solution est d'installer une batterie de condensateurs fournissant : 125 kVAR sous une tension nominale de 660 V. Calculer la capacité du condensateur équivalent .