Le transformateur à fréquence variable

Une alternative technologique pour l'interconnexion de deux réseaux électriques a récemment été développée par GE Energy : le transformateur à fréquence variable. Ce système est une application nouvelle d'éléments bien connus dans le domaine de l'électrotechnique, qui sont la machine à courant continu et la machine asynchrone à rotor bobiné. L'objectif du présent projet est d'étudier le fonctionnement de ce système mais plus particulièrement le comportement de la machine asynchrone à rotor bobiné lorsqu'elle interconnecte deux réseaux électriques (un au stator et le second au rotor). Pour ce type de machine, c'est un régime de fonctionnement nouveau qui mérite attention. Que les fréquences des réseaux interconnectés soient identiques ou différentes, nous allons prendre en considération ces deux cas de figure à chaque étape de ce travail et nous nous limiterons à l'étude du régime permanent. Dans un premier temps, en raisonnant sur les champs magnétiques une analyse théorique du comportement de la machine asynchrone à rotor bobiné ainsi connectée sera présentée. Cette étude permettra de détailler pourquoi il est possible de réguler le flux de puissance en exerçant un couple sur le rotor de la machine à rotor bobiné via la machine à courant continu. Ensuite, nous présenterons les résultats expérimentaux obtenus en reproduisant un transformateur à fréquence variable avec un groupe de machines de 15 hp. Le comportement de la machine asynchrone à rotor bobiné observé permettra de confirmer l'étude théorique. Enfin après avoir identifié les paramètres de la machine utilisée grâce à une série d'essais expérimentaux, nous tenterons de simuler le fonctionnement en transformateur à fréquence variable. A l'aide de modèles mathématiques existants dans deux logiciels différents (Matlab et EMTP), l'objectif est vérifier si l'on peut retrouver les relevés expérimentaux en utilisant les modèles dans ces conditions particulières. Les résultats fournis par les logiciels ne permettent pas de conclure que les modélisations utilisées simulent de manière efficace la machine asynchrone à rotor bobiné dans ces conditions. Ainsi, des recommandations pour les travaux futurs concernant ce système seront prodiguées à la fin de ce document.

Abstract

A technological alternative for the interconnection of two electrical networks had recently been developed by GE Energy: the variable frequency transformer. This system is a new way of using well known components in electrical engineering, which are the direct current machine and the asynchronous machine with wounded rotor. The point of this work is to study this system's working and more particularly the behavior of the asynchronous machine when it interconnects two electrical networks (one on the stator side and the other on rotor side). For this kind of machine, it's a new way of running which is worth paying more attention. Frequencies of the networks interconnected can be identical or different and we will consider these two cases at each step of this work. We'll confine ourselves to the study of steady state. First, by using magnetic fields, a theoretical analyze of the asynchronous machine's behavior in these conditions will be presented. This part will permit detail why it is possible to regulate the active power flow by applying a torque on the shaft with the direct current machine. Then, we'll present the experimental results obtained for a variable frequency transformer made with a group of machine of 15 hp. The behavior of the asynchronous machine observed while interconnecting two electrical networks will allow us to confirm the theoretical study. Finally, after having identified parameters of the asynchronous machine thanks to a series of experimental tests, we'll try to simulate the variable frequency transformer. With the help of existing mathematical models of asynchronous machine wounded rotor from two different software (Matlab and EMTP), the objective is to check if we can meet up with the experimental measures by using these models in these particular conditions. Results from both of the software used don't enable us to conclude that these models simulate efficiently the asynchronous machine when it is connected to two three-phase sources. Thus, at the end of this document we'll give advices for future work on this system.