Modélisation dans le domaine du temps d'une excitatrice synchrone à diodes tournantes et analyses des modes de défaillances

L'objectif de ce mémoire est la modélisation du système d'excitation avec redresseur à diodes tournantes TKJ 166-38 pour l'étude des phénomènes transitoires électromagnétiques (EMT) et son intégration dans un modèle EMT d'une unité qui consiste en une génératrice principale, d'un arbre moteur représenté par un modèle multi-masses et d'un modèle détaillé du gouverneur des turbines. TKJ 166-38 est le système d'excitation d'une génératrice synchrone de 1650MVA. Son armature AC ainsi que les diodes du redresseur tournent avec l'inducteur de cette génératrice. Pour cette étude, une petite machine synchrone à aimant permanant est utilisée comme pilote de l'excitatrice. Le rotor de celle-ci est également solidaire de l'arbre des deux autres. La sortie AC de cette machine pilote, après rectification, fournit un courant continu au champ stationnaire de l'excitatrice. Un régulateur automatique de tension (AVR) commande le champ de la TKJ 166-38 et donc, indirectement le champ de la génératrice principale. La protection du système d'excitation contre les défauts internes et de diodes est réalisée par des fusibles situés à la borne de sortie de l'excitateur à courant alternatif. Dans le modèle EMT de la TKJ 166-38 proposé ici, l'excitatrice AC et le redresseur à diodes tournantes sont modélisés par un circuit électrique détaillé alors que l'excitatrice pilote et son redresseur sont représentés par un schéma block. La génératrice principale est modélisée avec une connexion électrique à la bobine de champ de manière à connecter directement cette dernière au modèle EMT de la TKJ 166-38. Le modèle EMT développé simule des fautes internes et sur les diodes de la TKJ 166-38. Dans ce mémoire, la TKJ 166-38 et la génératrice principale sont modélisées dans le domaine des phases (PD) par un modèle de machine synchrone à n-phases et utilisent la formulation de l'Analyse-Nodale-Modifiée-Augmentée (ANMA) qui rend possible la connexion électrique des bobines de champ de ces machines. L'approche de modélisation PD rend également possible l'étude des harmoniques et des saturations tout en conservant une représentation fidèle de la machine. Deux différentes options de saturation sont implémentées en fonction de la construction du rotor. Dans le cas des rotors à pôles saillants, le taux de saturation est fonction de la reluctance du chemin principal emprunté par le flux qui est calculé à partir de la géométrie interne de la machine et de la longueur de l'entrefer de chaque pôle. D'un autre côté, pour les rotors cylindriques, la variation de la reluctance est indépendante du chemin emprunté par le flux.