Un synchroscope,
un voltmètre et
un fréquencemètre
Un synchroscope électronique
Voltmètre différentiel
Un moyen de controle du synchronisme sont les ampoules en parallèle sur les contacts du relais
(feux battants)
Un générateur conçu pour travailler seul ou en mode parallèle: remarquez les lampes de controle de synchronisation.
Synchronisation simultanée (dead bus synchronisation)
La synchronisation automatique est généralement effectuée par un module, le synchronisateur.
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Conditions pour pouvoir synchroniser
Il faut que 5 conditions soient remplies pour pouvoir synchroniser. Il y a des conditions intemporelles (compatibilité), des conditions à régler (tension et fréquence) et une condition instantanée (phase):
- Les générateurs doivent être compatibles
Voir conditions à remplir
- Les générateur doivent être branchés correctement (phase).
Ce controle se fait le plus facilement avec les lampes de synchronisation. Quand la phase n'est pas correcte, il est impossible que toutes les lampes soient simultanément éteintes.
- La tension du générateur doit être identique à celle du réseau à connecter
Le générateur à coupler peut avoir une tension légèrement supérieure
- La fréquence doit être identique
On s'arrange pour que la fréquence du générateur à connecter soit légèrement supérieure (période de battement environ 5 à 10 secondes)
- Le couplage doit être effectué quand la différence de phase est minimale
La différence de phase entre le générateur et les "barres" doit être la plus faible possible
Le couplage ne peut se faire que quand toutes les conditions sont remplies.
Pour établir le synchronisme, on utilise un synchroscope (avec un nom pareil, on est sûr qu'il ne s'agit pas d'une machine à éplucher les pommes de terres). En fait on utilise 3 appareils: un synchroscope, un voltmètre et un fréquencemetre.
- On règle le courant d'excitation de l'alternateur pour produire une tension un peu plus élevée que le réseau (voltmètre). Il faut une excitation minimale pour éviter que le groupe générateur ne décroche. On est sûr, avec une tension légèrement supérieure au réseau que le générateur va fournir de la puissance au lieu d'absorber des vars en pure perte.
- On règle la vitesse de l'alternateur avec le fréquencemètre. Il s'agit d'un indicateur qui se compose de languettes de longueur différente qui sont mise en mouvement par un champ magnétique. Une languette va entrer en résonance et vibrer plus que les autres: on voit ainsi la fréquence approximative de l'alternateur. Cette mesure n'est qu'un contrôle.
- Avec le synchroscope, on controle la phase du générateur. Il s'agit d'un indicateur rotatif qui indique la différence de phase entre l'alternateur et le réseau. Tant qu'il y a une différence de fréquence, l'indicateur tourne dans un sens ou l'autre.
Au lieu d'utiliser un voltmètre double, on utilise parfois un voltmètre différentiel. Celui-ci indique la différence de tension entre le générateur et le réseau. Dans ce cas, la zone verte indique quand la synchronisation peut être effectuée (en plus des autres conditions à remplir): tension de générateur supérieure de 1% à la tension de réseau (pour éviter l'appel de courant).
Un système de controle (en plus du synchroscope) est l'utilisation d'ampoules connectées entre l'alternateur et le réseau (feux battants). Tant que la vitesse de rotation (= fréquence) n'est pas correcte, les ampoules clignotent lentement. Quand le synchronisme est correct, les ampoules sont éteintes. Les ampoules ne sont jamais éteintes si les phases sont mal branchées. Il suffit alors d'interchanger deux des phases du générateur.
On règle la vitesse du générateur pour avoir une fréquence légèrement plus élevée que celle du réseau (l'aiguille tourne lentement dans le sens des aiguilles, maximum 4 tours/minute). Un peu avant que la différence de phase est nulle, on connecte l'alternateur au réseau (couplage).
Une fois le couplage établi, l'alternateur reste en synchronisme tant que la connection au réseau est stable et que l'excitation est suffisante. On peut augmenter la puissance du générateur, celui-ci restera en synchronisme. On peut comparer la mise en synchronisation d'un générateur à la synchronisation d'une boite de vitesse: il faut embrayer pour pouvoir engager une vitesse si on ne veut pas casser les engrenages!
Actuellement, l'opération de synchronisation et de couplage s'effectue automatiquement. Les modules de synchronisation controlent la puissance du générateur (sa vitesse de rotation) et le courant d'excitation (le voltage). Une fois le synchronisme atteint, le module commande les contacteurs.
Les générateurs portables ne peuvent pas être synchronisés, mais bon nombre de générateurs industriels ont un synchronisateur électronique. Ils sont soit synchronisés ensemble (fonctionnement "en ilot") pour obtenir localement plus de puissance, soit synchronisés au réseau de distribution ("réseau infini"). Du point de vue d'un générateur, il n'y pratiquement pas de différence entre la procédure de synchronisation au réseau de distribution ou la synchronisation à un autre générateur déja connecté localement.
Le fonctionnement d'un synchroscope est décrit ici.
Groupe électrogène de secours
Quand on a absolument besoin d'électricité 24h/24 on utilise un générateur synchronisé au réseau, mais qui ne produit pas de courant (il s'agit souvent d'une turbine à gaz). Le générateur consomme une petite quantité de carburant, juste assez pour compenser les pertes mécaniques. On dit que l'alternateur flotte sur le réseau.
En cas de besoin, le générateur prend instantanément le relais tandis qu'un sectionneur coupe la connection au réseau. Le générateur peut aussi servir à éliminer les pics de consommation ou à prendre le relais pendant les heures de pointe. Il permet de réduire la facture des gros clients (les pics de consommation sont fortement surtaxés et l'électricité produite localement revient moins cher).
Un groupe électrogène classique (non synchronisé) à démarrage automatique demande 10 secondes pour démarrer (à chaud) à plus d'une minute (à froid) avant qu'il puisse fournir sa puissance nominale.
Courant et puissance
Une fois le couplage établi:
- La puissance produite par un générateur synchronisé dépend de l'apport d'énergie (carburant dans le moteur, gaz ou vapeur dans la turbine, etc). On règlera donc chaque générateur pour que la puissance qu'il fournit au réseau est pratiquement identique pour chaque générateur.
Il est très rare qu'un alternateur absorbe de la puissance, cela n'arrive qu'en cas de panne du moteur (manque de carburant). Dans ce cas, un sectionneur (contacteur à retour de puissance) va déconnecter l'alternateur.
- Le courant que fournit un générateur dépend de l'excitation. Si l'excitation est trop faible, la tension aux bornes du générateur est trop basse et du courant circule des autres générateurs vers le générateur sous-excité. Si l'excitation est trop forte, il y a un surplus de courant qui est fourni par le générateur. Il s'agit de courant déwatté, c. à.d. du courant qui circule en pure perte. On règlera l'excitation de chaque générateur pour que le courant de chaque générateur soit pratiquement identique.
Dans le cas extrème, le courant va circuler en pure perte d'un générateur à l'autre au lieu d'alimenter la charge. Ce courant limite la puissance que les groupes peuvent fournir.
Deux systèmes de synchronisation qui sont utilisés dans des cas particuliers:
Le synchronisateur effectue automatiquement les opérations de synchronisation d'un générateur à un réseau alimenté. La marque la plus connue est DEIF.
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