Principaux composantes d’une éolienne 

Principaux composantes d’une éolienne 

Principe de conversion de l’énergie éolienne

Sous l’effet du vent, le rotor tourne. Dans la nacelle, l’arbre principal entraine un générateur qui produit de l’électricité. La vitesse de rotation du rotor doit être augmentée par un multiplicateur de vitesse jusqu’à environ 1500 tr/mn pour une machine a 2 paires de pôles, vitesse nécessaire au bon fonctionnement du générateur. Des convertisseurs électroniques de puissance ajustent la fréquence du curant produit par l’éolienne à celle du réseau électrique auquel elle est raccordée, tout en permettant au rotor de l’éolienne de tourner à vitesse variable en fonction du vent. La tension de l’électricité produite par le générateur est ensuite élevée à travers un transformateur de puissance, situé dans la nacelle ou à l’intérieur du mât.
Ce niveau de tension permet de véhiculer l’électricité produite par chacune des éolienne d’une centrale éolienne jusqu’au point de raccordement au réseau électrique public

Avantages de la MADA 

Parmi ses nombreux avantages, nous citons :
La partage des fréquences entre le stator et le rotor : en effet, dans le cas d’une double alimentation, il est possible et recommandé de partager la fréquence de rotation du rotor entre les deux convertisseurs alimentant la machine, réduisant ainsi les pertes fer de la machine et augmenter son rendement.
La solution avec deux convertisseurs alimentant la machine nous permet d’assurer un partage du courant magnétisant entre les deux armatures ainsi que la puissance mécanique fournie à la charge.
L’alimentation de la machine par deux onduleurs permet de travailler autour de l’arrêt à des fréquences relativement élevées évitant ainsi un déclassement des convertisseurs tout en maintenant un couple à l’arrêt. Cette même propriété nous assure un contrôle quasi insensible aux variations résistives de la machine.
La MADA présente une puissance massique légèrement plus élevée que les autres machines à grandes puissances.
Un fonctionnement en régime dégradé, si l’un des deux onduleurs tombe en panne, plus souple que la machine à simple alimentation.
La mesure des courants au stator et au rotor, contrairement à la machine à cage, donnent ainsi une plus grande flexibilité et précision au contrôle du flux et du couple électromagnétique.
La large gamme de vitesse accessible à couple et à flux constant.
Cette machine peut assurer tous les fonctionnements des autres machines. On peut donc y voir un avantage majeur, elle pourrait permettre de passer d’un fonctionnement à un autre tout à fait acceptable. Par exemple dans une application ferroviaire, nous pouvons revenir à mode de fonctionnement de type machine asynchrone à rotor court-circuité en cas de l’apparition d’un défaut sur l’un des bras des onduleurs. La gestion des modes dégradés est plus facile.

Inconvénients de la MADA 

Parmi les inconvénients apportés par cette machine.
La machine à bague, dans un milieu corrosif, les bagues peuvent s’oxyder et cela nécessite un entretien particulier. Cependant pour un même  fonctionnement, les moteurs à bagues demandent un entretien moindre que les moteurs à courant continu.
La machine à double alimentation requiert un collecteur à trois bagues au rotor. Donc pour une même puissance, ce moteur est un peu plus long et à peine plus lourd que le moteur asynchrone à cage équivalent.
Le rotor et le stator doivent être reliés à l’armoire d’alimentation. Cependant le stator sera généralement connecté par des câbles HT de faible section. L’appareillage est plus important et nécessite un entretien.
L’aspect multi-convertisseur, augmente le nombre de convertisseurs et par conséquent le prix.

Notion de diagnostic d’un système

En grec le mot diagnostic, désigne l’identification d’une maladie par ses symptômes. Alors, le diagnostic d’un système physique est l’identification du mode de fonctionnement à chaque instant, par ses manifestations extérieures . L’action de diagnostic consiste à identifier les causes probables des défaillances ou l’évolution d’un ou de plusieurs paramètres significatifs de dégradations à l’aide d’un raisonnement logique fondé sur un ensemble d’information. Le diagnostic permet de confirmer, de compléter ou de modifier l’hypothèse faite sur l’origine et la cause des défaillances, et de préciser les opérations à prendre.
Nous nous intéressons spécifiquement au principe de diagnostic d’un système, les différentes approches de diagnostic, les défauts dans les machines tournantes et le diagnostic des machines électriques.

Différentes défaillances dans les systèmes éoliens

Les turbines éoliennes sont soumises à des conditions de service extrêmement variées qui peuvent, dans certains cas, pousser les diverses parties du système éolien au-delàs de leurs limites. En conséquence, les statistiques des défaillances pouvant affecter les turbines éoliennes devraient être étudiées en tenant compte de deux critères, leurs fréquences et leurs temps d’arrêt provoqués, afin d’en déduire les défaillances à prendre prioritairement en compte dans un contexte de maintenance prédictive. Cependant, l’accès à ces statistiques n’est pas toujours autorisé par le fabricant et il est tout à fait compréhensible.
Des analyses des données réelles de défaillances dans les turbines éoliennes ont montré les composants principaux d’un système éoliens qui sont concernés par l’analyse de défaillance.

Défauts des circuits électriques statoriques

Les défaillances des circuits électriques statoriques peuvent avoir diverses origines. A titre d’exemples, on peut citer :
– rupture d’isolation,
– Les courts-circuits entre phases : provoquent un arrêt net de la machine,
– Les courts-circuits entre phase et neutre : provoquent un déséquilibre des phases,
– Les courts-circuits inter-spires : ce sont les plus couramment rencontrés et les plus nuisibles, ils se produisent à l’intérieur des encoches,
– rupture des connexions.
Ces défauts ont généralement pour cause principale le vieillissement prématuré des isolants du aux vibrations et échauffements excessifs de la machine ainsi qu’aux surtensions provoquées par les circuits de commande .
Ces types de défaillances entraînent :
– Un changement de la densité de flux magnétique dans l’entrefer,
– Un changement de la signature du courant statorique,
– Un changement de la fonction de transfert de la machine,
– Des vibrations,
– Un échauffement de la machine.

Table des matières

Introduction générale
Chapitre I : Energie éolienne
INTRODUCTION
I.1. Différents types d’éoliennes
I.1.1. Eoliennes à axe vertical
I.1.1.1. Le rotor de Savonius
I.1.1.2. Le rotor de Darrieus
I.1.2. Eoliennes à axe horizontal
I.2. Principaux composantes d’une éolienne 
I.2.1. Le mât (tour)
I.2.2. La nacelle
I.2.3. Le rotor
I.2.3.1. Moyeu
I.2.3.2. Les pâles
I.3.Chaine de conversion de l’énergie éolienne
I.3.1.Principe de conversion de l’énergie éolienne
I.3.2.Avantages et inconvénients de l’énergie éolienne
I.3.2.1.Avantages
I.3.2.2.Les inconvénients
I.4.Structures du système de conversion de l’énergie éolienne 
I.4.1.Fonctionnement à vitesse fixe
I.4.2.Fonctionnement à vitesse variable
I.4.2.1.Machine asynchrone à cage (MAS)
I.4.2.2.Machine asynchrone à double stator
I.4.2.3.Machine asynchrone connectée au réseau par l’intermédiaire d’une interface d’électronique de puissance
I.4.2.4.Machine asynchrone à double alimentation type « brushless »
I.4.2.5.Machine asynchrone à double alimentation à rotor bobiné
I.4.2.5.1. Machine asynchrone à double alimentation à énergie Rotorique dissipée
I.4.2.5.2. Machine asynchrone à double alimentation-structure de KRAMER
I.4.2.5.3. Machine asynchrone à double alimentation – structure de Scherbius avec cycloconvertisseur
I.4.2.5.4. Machine asynchrone à double alimentation – structure de Scherbius avec convertisseurs MLI
I.5.Avantages et inconvénients de la MADA
I.5.1. Avantages de la MADA
I.5.2. Inconvénients de la MADA
Chapitre II : Diagnostic et défaut de la machine
II.1. Terminologie au diagnostic
II.1.1. Défaut (Fault)
II.1.2. Défaillance (Failure)
II.1.3. Panne : (Break-down)
II.1.4. Symptôme (Symptom)
II.1.5. Résidu (Résiduel)
II.1.6. Diagnostic
II.1.7. Perturbation
II.2. Notion de diagnostic d’un système
II.2.1. Procédures de diagnostic
II.2.2. Types de défauts
II.2.2.1. Défauts actionneurs
II.2.2.2. Défauts procédés
II.2.2.3. Défauts capteurs
II.2.3.Approches de diagnostic
II.2.3.1. Principe de l’approche qualitative
II.2.3.2. Principe de l’approche quantitative
II.2.3.3. Diagnostic à base de modèles
II.2.3.4. Diagnostic sans modèle à priori
II.3. Différentes défaillances dans les systèmes éoliens
II.3.1. Les défaillances du contrôle électrique
II.3.2. Les défaillances du système d’orientation
II.3.3. Les défaillances de la boîte de vitesses
II.3.4. Les défaillances du réseau
II.3.5. Les défaillances hydrauliques
II.3.6. Les défaillances des pales
II.4. Les différents défauts des machines asynchrones
II.4.1. Défaillances électriques
II.4.1.1. Types et causes de défauts dans les machines électriques
II.4.1.1.1. Défauts statoriques
II.4.1.1.2. Défauts rotoriques
II.4.1.1.3. Défauts de roulement
II.4.1.1.4. Autres défauts
II.4.1.1.5. Causes des défauts
II.4.2. Défaillances mécaniques
Chapitre III : Différents défauts des machines asynchrones
III .1. Défaillances de la machine asynchrone et leurs origines
III.1.1.Défaillances d’ordre mécanique
III .1.1.1. Défauts des roulements
III .1.1.2. Défauts d’excentricité
III .1.1.3. Défauts du flasque
III .1.2. Défaillances d’ordre électrique
III .1.2.1. Défauts des circuits électriques statoriques
III .1.2.2. Défauts des circuits électriques rotoriques
Chapitre IV : L’application de l’arbre de décision pour la détection des défauts de roulements
IV.1.Arbre de décision
IV.2.Choix des attributs et des classes 
IV.2.1.Choix des attributs
V.2.2.Choix des classes
IV.3.Détection des défauts de roulement
IV.4.Etablissement de l’arbre de décision
IV.4.1.Logiciel WEKA
IV.4.2.Extraction des données et export sous format (ARFF)
IV.4.3.Connexion au fichier de données
IV.4.4.Etablissement de l’arbre de décision
IV.4.5.Analyse de l’arbre
Conclusion générale

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