Alternateurs
Branchement et réglages d'un module de régulation
Module électronique

Nous décrivons ici le branchement et les réglages d'un module de régulation d'un groupe électrogène. Les modules les plus récents peuvent être différents (avec plus de fonctions qui ne sont pratiquement jamais utilisées).
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Branchement et réglages

Un autre régulateur est décrit sur la page
fonctionnement parallèle de plusieurs générateurs

Le réglage du statisme est également présent sur le régulateur de vitesse du moteur même (woodward), où il détermine la légère chute de tension du moteur en charge.

Le statisme permet ici aussi un fonctionnement plus stable dans certains cas.

Branchements électriques

Nous avons ici un régulateur électronique très courant. Nous décrivons d'abord les connections.
  • SENSING INPUT Entrée pour la tension de sortie. Comme le régulateur est prévu pour pouvoir être utilisé avec différents types d'alternateurs de puissance et de tension différentes, l'entré de mesure est double (on n'utilise qu'une seule entrée, soit l'entrée 500V (générateur fournissant de 400 à 800V), soit l'entrée 250V (200 à 400V)).

  • REMOTE VOLTAGE ADJUST Il est possible de brancher un potentiomètre multitours pour régler la tension sur le pupitre de commande.

  • PARALLELING CT Connection pour un transformateur d'intensité (CT = current transformer). Ce transfo n'est nécessaire que si le groupe doit fonctionner en parallèle. Le module mesure la phase entre la tension et le courant et peut limiter la puissance réactive.

  • POWER INPUT Ce régulateur est normalement prévu pour une alimentation indépendante (PMG ou AUX). Il y a 4 entrées (UH1/UH2 et WH1/WH2), mais nous n'en utilisons que 3 dans le cas d'un alternateur PMG (UH1, VH1, WH1).

    Si l'alternateur de dispose pas d'une alimentation indépendante, il faut utiliser les trois phases normales du générateur, éventuellement avec un transfo triphasé réducteur pour obtenir une tension entre 100 et 200V.

  • FIELD POWER Et puis finalement nous avons la (seule) sortie du régulateur, le courant d'excitation.
Certains modules de régulation ont une sortie pour commander un contacteur qui va mettre l'alternateur en contact avec l'utilisateur. Le contacteur est enclenché quand les paramètres (tension et fréquence) sont dans les limites.

Réglages

Les réglages sont les suivants. A ne modifier que si vous avez des problèmes avec le groupe électrogène!
  • UNDER FREQUENCY La fréquence minimale en dessous de laquelle l'alternateur coupe l'excitation. La tension de sortie diminue fortement et la charge du moteur diminue également, permettant à celui-ci de retourner à son régime normal. Ce réglage ne modifie pas le régime nominal du générateur, c'est le générateur lui-même qui doit stabiliser son régime (régulateur à boules ou électronique)

  • <f ADJUST Fréquence à partir de la quelle le régulateur va réduire la tension de sortie (voyez également le réglage V/Hz plus bas). Cela permet de soulager le moteur en cas de charge résistive (éclairage incandescent, chauffage), mais a un effet inverse en cas de moteurs asynchrones.

  • VOLTAGE ADJUST Nous avons le réglage de la tension de sortie. C'est un réglage grossier quand il y a un potentiomètre branché sur le régulateur (réglage des limites du potentiomètre).

  • GAIN Détermine la réponse générale du module pour stabiliser la tension quel que soit la charge. Le gain influence à la fois sur le fonctionnement statique et dynamique du module. Il faut consulter le mode d'emploi pour voir la procédure la plus correcte pour régler ces paramètres. C'est la partie proportionelle d'un contre-réaction PID.

  • STABILITE La stabilité détermine le fonctionnement dynamique du générateur (réponse aux changements de charge brusques). Un gain trop élevé peut produire une oscillation, tandis qu'avec un gain trop faible, la tension de sortie n'est pas bien stabilisée quand il y a de brusques changements de la charge. On recommande de régler le potentiomètre vers la droite jusqu'au moment où la tension de sortie commence à osciller, et puis de revenir un peu en arrière.

  • DROOP Le droop (statisme) détermine le fonctionnement statique du générateur, en fait la diminution de la tension entre la marche à vide et la marche à pleine charge. Ce réglage est nécessaire pour le fonctionnement en parallèle, mais peut également être utilisé en fonctionnement en ilot. Un léger statisme fait que la régulation fonctionne plus souplement. Le réglage du droop ne fonctionne que s'il y a un transfo d'intensité.

  • I SENSING Le réglage du courant sert à adapter la sensibilité de l'entrée de mesure au transfo d'intensité utilisé. Cette fonction n'est effective que si un transfo d'intensité est branché au module. Ce réglage permet d'équilibrer la charge sur plusieurs groupes électrogènes (proportionalité). Il faut que chaque transfo d'intensité soit identique pour permettre un bon fonctionnement en parallèle avec distribution proportionelle de la charge sur tous les générateurs.
Un réglage qui n'est pas présent ici, mais qui se retrouve sur de plus en plus de régulateurs est le réglage V/Hz qui s'ajoute au réglage <f ADJUST. Quand la vitesse de rotation diminue, il réduit légèrement la tension fournie, ce qui permet de soulager le moteur. On évite ainsi une déconnection pour cause de sous-régime. Ce type de sécurité fonctionne bien avec des charges combinées (éclairage + chauffage + petits moteurs + appareils électroniques). Le réglage <f ADJUST détermine la fréquence à partir de laquelle la réduction commence et le réglage V/Hz détermine la pente de la fonction.

Le courant maximal d'excitation doit être limité pour éviter les dégats (surchauffe). Un alternateur double étage reçoit par exemple un courant d'excitation de 2A sous 50V (100W). A la sortie de l'alternateur d'excitation, nous avons un courant de 20A sous 250V (5kW), qui est le courant maximal que peut absorber le pont de diodes tournant et la roue polaire. Si on injecte un courant d'excitation plus fort, l'alternateur risque d'être endommagé (généralement le pont de diodes).

Le courant d'excitation maximal se trouve sur la plaquette signalétique du générateur. Il détermine la puissance maximale de l'alternateur (puissance électrique). Ce réglage très important est souvent réalisé soit par des résistances fixes (adaptée à la puissance du générateur), soit par une programmation dans le cas de régulateurs numériques.

Ce régulateur très connu (photo en haut) n'est plus fabriqué, mais il y a plusieurs remplacants totalement compatibles. Le module Cosimat N+ est un module qui est est souvent utilisé pour controler l'excitation de gros groupes électrogènes. Nous n'allons plus décrire les réglages, mais les connections à effectuer.

La mesure de la tension s'effectue via un autotransformateur triphasé G1 qui va réduire la tension à un niveau acceptable pour le module (tension de 90 à 250V ou 250 à 500V). Le groupe électrogène qui est décrit ici fournit l'alimentation à une base militaire sous 6kV. Le transformateur T24 sert d'isolation entre la partie "haute tension" et la partie "basse tension". On aurait pu remplacer l'autotransformateur et le transformateur d'isolation par un seul transformateur.

La mesure du courant est effectué par le transformateur d'intensité T6. Ce transformateur n'est nécessaire qu'en cas de fonctionnement en parallèle et produit un droop (statisme) de la tension d'alimentation pour que chaque générateur contribue de façon identique à la puissance réactive. Quand on n'utilise pas cette fonction, il faut cours-circuiter les deux fils (le régulateur agit alors comme si le courant était toujours nul et il n'y a pas de statisme).

Le potentiomètre R1 permet de régler finement la tension de sortie. Ce potentiomètre multitours est généralement accessible sur la panneau de commande. Il y a déja un réglage sur le module même: il suffit de faire un réglage grossier sur le module si on utilise le potentiomètre. Le potentiomètre R1 est également facultatif.

L'alimentation du module s'effectue par un deux bobinages auxiliaires qui produisent un courant déphasé de 90°. Il y a un système de protection facultatif T32 qui coupe l'alimentation du module en cas de malfonction (vitesse trop basse ou trop élevée du moteur). L'alimentation du module par bobinages auxiliaires est très souvent utilisé dans les gros roupes électrogènes. Un transformateur à prises multiples permet de choisir la tension la plus efficace pour alimenter le module.

La tension d'alimentation du module doit être de 80V (diphasé) ou 75V (triphasé) ± 20% et il faut fournir un courant suffisant pour alimenter le bobinage d'excitation. Cela ne pose généralement pas de problème si on utilise les bobinages auxiliaires de l'alternateur (ces bobinages sont prévus pour cette charge).

Pour l'alimentation de très gros générateurs dans les centrales electriques, on utilise généralement une tension auxiliaire produite par un réseau séparé. Ce réseau séparé est alimenté par un groupe électrogène indépendant (pendant la mise en fonction de la centrale) ou par une connection au réseau. Il est amusant de noter que les centrales électriques ont également une connection au réseau moyenne tension pour alimenter les bureaux et les appareils auxiliaires, tandis que l'électricité est pompée dans le réseau haute tension.

En rouge nous avons le bobinage d'excitation du générateur. Le courant moyen est de 10A pour une tension de 130V environ. Le module peut ainsi fournir l'excitation d'un alternateur de 15MW maximum (c'est déjà pas mal).

Le Cosimat N+ est un des derniers modules d'excitation totalement analogiques, il peut remplacer la plupart des régulateurs Cosimat dans les installations existantes. Il dispose en plus des fonctions supplémentares (ces fonctions sont présentes dans la plupart des régulateurs):

  • Une réduction automatique de la tension en cas de sous-vitesse (pour soulager le moteur)

  • Un controle du courant maximal d'excitation: si le courant d'excitation dépasse une limite pendant plus de 10 secondes, le module fait sauter deux fusibles présents sur le module. Le courant d'excitation peut être trop élevé quand le groupe ne tourne pas à sa vitesse nominale ou que la charge est trop élevée. La limitation du courant d'excitation permet de protéger le générateur même. En effet, quand le courant d'xcitation est maximal, la puissance délivrée par le générateur auxiliaire G2 est également très élevée (jusqu'à 150kW) et pourrait endommager la roue polaire et/ou les diodes de redressement.

Certains régulateurs ont des possibilités plus étendues, des protections, etc: limitation du courant d'excitation, limites de tension (min/max,...). Le régulateur ne peut agir que sur le courant d'excitation, mais certains régulateurs ont une sortie (relais) qui indique une condition d'erreur grave qui doit mettre le groupe à l'arrêt (survitesse ou surtension).

La tendance est aux modules intégrés qui regroupent toutes les fonctions: commande du courant d'excitation, de la vanne de puissance, connection au réseau (marche en parallèle) et systèmes de protection (retour de puissance, surintensité, surchauffe,...)

Le module à droite concentre différents signaux du générateur. Il s'agit à la fois d'entrées analogiques (température, pression,...) que numériques (niveau de carburant trop bas, eau dans le filtre à carburant, contacteur ouvert ou fermé, surchauffe de l'alternateur,...).

Le module dispose également de sorties numériques pour commander (via un contacteur) différentes fonctions (démarrage, arrêt, pompes auxiliaires,...)

Un générateur peut utiliser jusqu'à 4 modules. Les signaux sont envoyés au module de commande général qui affiche les paramètres et permet de commander le générateur.

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