Différentes topologies de la MADA

.1. Machine asynchrone à double alimentation type « Brushless »

Cette machine est à double stator (Figure 1.13). Un bobinage transite la puissance il a une grande section et est directement connecté au réseau. L’autre bobinage est de section moins importante. Il est connecté à un onduleur pour contrôler les flux d’excitation. Le rotor dans cette machine est à cage d’écureuil, cependant il a une structure différente de celle classique en boucles concentriques [9].

Cette machine présente l’intérêt de fonctionner à vitesse variable. Le convertisseur est connecté au bobinage de faible puissance donc moins coûteux. Cependant la machine a un stator plus volumineux et plus complexe à réaliser (Figure 1.14).

Le convertisseur permet de contrôler le facteur de puissance ainsi que le courant rotorique d’où l’optimisation du rendement. La taille du convertisseur est proportionnelle au glissement maximum. Cependant si le glissement dépasse une valeur de 30%, le système devient peu attractif à cause de la diminution de rendement et l’augmentation du coût du convertisseur.

2. Machine asynchrone à double alimentation à rotor bobiné

La MADA à rotor bobiné est une machine qui a un stator identique aux machines asynchrones classiques. Son rotor est bobiné en étoile dont l’accès se fait grâce à un contact glissant. Le contrôle du fonctionnement de la machine se fait grâce à une fraction de la puissance nominale circulant dans le rotor. Cela implique un convertisseur réduit et donc moins coûteux. Il existe différents systèmes décrits ci-dessous :

2.1.

Afin de permettre un flux d’énergie bidirectionnel entre le réseau et le rotor on utilise un cycloconvertisseur (Figure 1.15).

L’ensemble est appelé structure Scheibius [5]. Grâce à la  bidirectionnalité du convertisseur, la plage de variation de la vitesse est doublée (de 70 à 130 % de la vitesse de synchronisme).

L’utilisation des thyristors dans se montage implique une présence de fortes composantes harmoniques nuisant ainsi à la qualité du facteur de puissance.

.2.2.  Machine asynchrone à double alimentation –Structure Scheibius avec convertisseur MLI :

Cette structure (Figure 1.16) repose sur le même principe que la précédente. À la place du cycloconvertisseur on utilise un montage Redresseur / Onduleur. Les transistors IGBT utilisés dans ce montage sont commandés à l’ouverture et à la fermeture, ceci implique la possibilité d’utiliser la MLI. Avec une commande appropriée, il est possible d’atténuer les harmoniques non nulles et d’améliorer le facteur de puissance.

Tout en ayant la même philosophie de fonctionnement que la structure « Bruchless » le dispositif « Scheibus » offre une simplicité de fonctionnement (présence d’un seul bobinage au rotor et au stator et donc un faible coût de fabrication et de maintenance).

Le glissement est compris entre [-30, +30] %, le convertisseur et donc dimensionné pour 30% de la puissance nominale. La puissance produite n’est pas limitée à la puissance nominale car le rotor au fonctionnement hyper synchrone produit de l’énergie et la fournit au réseau. Cependant la commande MLI entraîne des gradients de tension importants d’où la présence de courants rotoriques de fréquences élevée responsable de pertes fer plus importantes. Plusieurs études récentes confirmées par des réalisations industrielles montrent la viabilité de ce dispositif dans un système éolien [5].

Machine asynchrone à double alimentation –Structure Scheibius avec cycloconvertisseur :

A travers nos lectures, nous avons distingué deux types de dispositifs utilisant la machine asynchrone pour la production de l’énergie éolienne : Un dispositif tournant à vitesse fixe et utilisant un moteur à cage et un autre dispositif tournant à vitesse variable. Ce dernier est appelé communément machine asynchrone à double alimentation (MADA). Toutefois il est à noter que dans le cadre de notre étude nous avons besoin d’une machine qui offre la plage de variation de la vitesse la plus grande possible afin de maximiser le rendement. Pour cela notre recherche s’est restreinte aux topologies utilisant des convertisseurs bidirectionnels. Nous avons ainsi, pu distinguer plusieurs variantes se basant sur des architectures différentes utilisant toutes une MADA pour la conversion électromécanique.