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Avez-vous déjà entendu parler de la transformation magique d'un moteur à induction ? Comment peut-il basculer librement entre la production d'électricité et l'énergie électrique ?
Un moteur à induction, également appelé générateur asynchrone, est un générateur électrique à courant alternatif (CA) qui utilise les principes d'un moteur à induction pour produire de l'électricité. Le principe de fonctionnement de ce générateur est tout à fait unique. Sa vitesse de rotor doit dépasser la vitesse synchrone pour produire de l'électricité. En termes simples, un moteur à induction AC ordinaire peut être utilisé comme générateur sans aucune modification interne.
Les générateurs à induction sont de conception relativement simple, ils sont donc largement utilisés dans les petites centrales hydroélectriques, les éoliennes ou pour réduire le débit d'air haute pression à basse pression.
Le fonctionnement d'un générateur à induction repose sur un concept de base : lorsque la vitesse du rotor dépasse la vitesse synchrone, le générateur à induction commence à générer du courant électrique. Cette différence de vitesse est appelée « glissement » et est généralement exprimée en pourcentage de la vitesse synchrone. Lorsque ce générateur fonctionne à la vitesse appropriée, il peut fournir une quantité utile d’électricité.
Comment ça marche
Le fonctionnement principal d'un générateur à induction est que lorsque son rotor est entraîné mécaniquement plus rapidement que la vitesse synchrone, il produit un courant électrique. En prenant comme exemple un moteur tétrapolaire, ce moteur a une vitesse synchrone de 1800 tours par minute sous une alimentation de 60 Hz. Et 450 Hz correspond à 1 500 tours par minute. Lorsque le rotor tourne à 1450 RPM, son glissement est de +3,3% par rapport à la vitesse synchrone de 1500 RPM. Un tel état de fonctionnement amène le champ magnétique du stator du moteur à induire du courant et à entraîner davantage le rotor.
Lorsque la vitesse du rotor dépasse la vitesse synchrone, le générateur peut fournir de l'énergie réelle au système électrique, un processus qui repose fortement sur une source d'entraînement externe, telle qu'une turbine ou un moteur.
Stimuler la demande
Les moteurs à induction et les générateurs nécessitent une source d'alimentation externe pour exciter les enroulements du stator afin de générer un champ magnétique rotatif. Cela dirige le courant à travers le rotor d’induction, permettant au générateur de fonctionner correctement. Que ce soit en mode production d'énergie ou en moteur, la machine à induction consomme de la puissance réactive, une source d'excitation externe est donc indispensable.
Électricité active et électricité réactive
La puissance active d'un générateur à induction est fortement liée à la quantité de glissement. Lorsque la vitesse du rotor dépasse 1 800 tr/min, voire 1 860 tr/min, le générateur peut produire sa pleine puissance. Si la source active ne parvient pas à fournir une force motrice suffisante, le régime restera à un moment donné dans cette plage.
La limite du générateur à induction est limitée par le courant nominal de l'enroulement du générateur, et la demande de puissance réactive du générateur sera également différente dans différentes conditions.
Connexions au réseau et systèmes indépendants
Les générateurs à induction nécessitent un condensateur pour fournir la puissance réactive nécessaire lorsqu'ils sont connectés à un système de production d'énergie indépendant. Lorsqu’il est connecté au réseau, il reçoit de la puissance réactive du réseau pour maintenir l’espace électromagnétique dont il a besoin. Pour un système connecté au réseau, la fréquence et la tension varient en fonction de la taille du réseau, fonctionnant d'une manière plus simple qu'un système autonome.
Portée de l'application
Les générateurs à induction sont populaires pour leur capacité à produire de l'électricité pratique à différentes vitesses de rotation, en particulier dans les installations éoliennes et micro-hydroélectriques. La structure mécanique de ce type de générateur est simple et durable, ne nécessitant ni balais ni collecteurs, ses besoins d'entretien sont donc faibles.
Bien que les générateurs à induction aient un potentiel d'application diversifié, leurs défauts ne peuvent être ignorés, en particulier lorsque la charge est trop élevée, le système ne pourra pas continuer à produire de l'électricité.
Exemples
Prenons l'exemple d'un moteur à induction triphasé de 10 chevaux, 1 760 tr/min et 440 volts. Son courant à pleine charge est de 10 ampères, la capacité requise pour le démarrer est donc de 1 523 VAR par phase. Cependant, si la charge est trop importante, le condensateur doit être étendu pour assurer le fonctionnement normal du générateur.
Avec la promotion de la technologie des énergies renouvelables, le potentiel des applications des moteurs à induction et l'évolution des besoins démontrent les opportunités et les défis de son développement futur. Et la manière dont cette technologie est utilisée et développée de manière flexible pourrait à terme devenir un facteur clé dans l’amélioration de notre efficacité énergétique. Cela inspirera-t-il davantage d’innovation ?
