FR2522732A1 - Dispositif d'adaptation de tension et de puissance pour aerogenerateur - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE LES AEROGENERATEURS DE FAIBLE OU MOYENNE PUISSANCE FOURNISSANT UN COURANT CONTINU OU ALTERNATIF SOUS UNE TENSION D'UTILISATION A PEU PRES CONSTANTE (PAR EXEMPLE POUR LA RECHARGE DES BATTERIES D'ACCUMULATEURS). LE DISPOSITIF SELON L'INVENTION SE COMPORTE COMME UN SURVOLTEUR, ADAPTABLE AU GENERATEUR ELECTRIQUE, DE TELLE SORTE QU'EN AUGMENTANT LA TENSION DELIVREE PAR LE GENERATEUR LORSQUE SA VITESSE DE ROTATION EST INFERIEURE A LA VITESSE NOMINALE, LEDIT DISPOSITIF PERMETTE D'OBTENIR UNE TENSION D'UN NIVEAU SUFFISANT POUR ETRE UTILISABLE. LE SURVOLTAGE EST OBTENU PAR DES CIRCUITS INDUCTIFS OU CAPACITIFS DE FACON A REDUIRE AU MINIMUM LES PERTES D'ENERGIE ACTIVE. L'INVENTION PERMET PAR EXEMPLE DE CALCULER LE GENERATEUR ELECTRIQUE UNIQUEMENT POUR LE REGIME LE PLUS FORT, ET DE FAIRE L'ADAPTATION DE TENSION POUR LES REGIMES INTERMEDIAIRES.

Description

La présente invention concerne les aérogénérateurs de faible ou moyenne puissance fournissant un courant continu ou alternatif sous une tension d'utilisation à peu prés constante (par exemple pour la recharge des batteries).

Actuellement les aérogénérateurs de faible ou moyenne puissance utilisent pour la transformation de l'énergie mécanique en énergie électrique des dynamos ou alternateurs plus ou moins sophistiqués conçus pour fonctionner à un régime déterminé ou bien dans une plage de régimes limitée.

Ces aérogénérateurs nécessitent des systèmes de régulation mécaniques coûteux (hélices à pas variable) et ne peuvent pas exploiter valablement des vents de vitesses très différentes. Les aérogénérateurs conçus pour exploiter les vents faibles comportent habituellement un générateur électrique délivrant une puissance à faible vitesse ; ce type de générateur est constitué de bobinages à spires nom- breuses de grande résistance ohmique. Il est le siège d'importantes pertes par effet Joule lorsque le courant augmente. Les aérogénérateurs conçus à 1'inverse pour exploiter les vents forts ne fournissent pas assez de tension par vent faible pour que l'énergie potentielle dont ils disposent dans ce cas soit utilisable.Le dispositif d'adapstation selon la présente invention permet à un aérogénérateur unique calculé pour le régime le plus fort, d'exploiter valablement tous les vents depuis le démarrage de l'hélice jusqu'à à la mise en sécurité. Cette possibilité conduit à une augmentation notable de la quantité d'énergie produite par l'aérogénérateur. L'invention présente en outre de nombreux autres avantages exposés à la fin de la description.

Le dispositif d'adaptation selon l'invention se comporte comme un survolteur électronique, électrotechnique, ou combinant les deux. Il est adaptable à un générateur à courant continu ou alternatif de telle sorte qu'en augmentant la tension délivrée par le générateur lorsque celui-ci tourne à une vitesse inférieure à sa vitesse nominale, le dit dispositif permette d'obtenir une tension d'un niveau suffisant pour la rendre utilisable sous certaines conditions par un récepteur ne pouvant recueillir l'énergie électrique disponible que si son niveau de tension est supérieur à un certain seuil. (Par exemple batteries d'accumulateurs).Le dispositif d'adaptation selon l'invention multiplie la tension délivrée par le générateur, par un facteur variable k tel que l'égalité suivante soit toujours respectée dans la zone de fonctionnement :
Ug x k = Ua - Uu
Dans laquelle
Ug est la tension délivrée par le générateur ; elle varie
de 0 à UGN (tension nominale).

k valeur variable comprie entre k maxi et zéro.

Ua tension de sortie du dispositif adaptateur
Uu niveau de tension nécessaire pour activer l'utilisation.

Les solutions citées ci-après pour obtenir cette égalité font appel à des systèmes capacitifs, inductifs ou commandés, de manière à limiter les pertes d'énergie active. Deux grandes familles de solutions sont à distinguer selon que le générateur délivre une tension continue ou alternative.

Si le générateur fournit une tension continue ou tai- blement variable le survoltage recherché peut-8tre obtenu par survolteur électronique à découpage. Le survolteur électronique à découpage comporte un ou plusieurs semi-conducteurs, permettant d'établir et dtinterrompre le passage du courant dans une inductance. L'énergie nlectrocinétique emmaganisée dans l'inductance lors du passage du courant est restituée à l'utilisation au moment de la coupure, sous une tension plus élevée par effet d'autoinduction. Lorsque la tension Ug délivrée par le générateur augmente, il est nécessaire que le coefficient de multiplication de tension k décroisse.Cette diminution de k peut être obtenue soit en diminuant le temps d'établissement du courant dans l'inductance, en jouant sur la fréquence et le rapport cyclique de l'oscillateur ; soit en augmentant la chute de tension dans l'inductance par réactance grtce à une réluctance au circuit magnétique déterminée de façon que k devienne égal à l lorsque le courant I atteint la valeur maxi choisie.

Si le générateur délivre une tension alternative, le survoltage peut titre obtenu différemment selon que la puissance de l'aérogénérateur est faible ou moyenne. Pour les aérogénérateurs de très faible puissance un dispositif doubleur à tension inverse de type Schenkel peut convenir.

Pour les aérogénérateurs de puissance faible ou moyenne, le survoltage peut être obtenu grace à un autotransformateur ou un transformateur élévateur. La variation de k peut être réalisée de différentes manières : soit par chute de tension réactive ; soit par suppression, grâce à des semi-conducteurs controlés de type triac ou thyristor, d'une partie ou de la totalité des alternances ; soit par autotransformateur variable commandé par servomoteur.

L'invention sera mieux comprise à l'aide des figures et schémas.

La figure 1 montre un exemple de schéma d'implantation du dispositif adaptateur de tension entre un générateur à courant continu(G)et une batterie d'accumulateurs(B)de tension
Ub. Lorsque (G) entrainé en rotation par lthélice(H)tourne à une vitesse variable de 0 à N, il produit une tension Ug variable de 0 à UGN. Si Ug > Ub, la diode CR0 est passante et B se charge.Si Ugv Ub la diode CR0 est bloquée, en l'absence d'adaptateur(A)il n'y aurait pas de charge de mais puisque l'adaptateur(A)est installé, la tension Ug ap pliqùée aux entrées E + et E - de(A) est majorée par(A) et devient Ug x k = Ua tellq que UaZ Ub, la diode CR1 conduit et B se charge.

La figure 2 montre un exemple des variations de Ug et de Ua en fonction de N et de Ub. La surface hachurée montre une zone de récupération d'énergie rendue possible grâce au dispositif objet de l'invention.

Le schéma de principe de la Fig. 3, montre un exemple d'adaptateur de tension en courant continu, fonctionnant sur le principe d'un régulateur élévateur de tension à dé coupage. L'ensemble est organisé autour d'un circuit intégré pAIRCHILD bR78S40 qui regroupe toutes les fonctions de controle du découpage. Le circuit intégré bu78840 ne consomme que quelques milliampères et commence a fonctionner avec une tension d'alimentation très faible de 2,2 volts seulement. L'inductance (Ll) constitue un réservoir d'énergie qui se charge par un courant croissant lorsque le transistor hacheur (Q 1) conduit, et se décharge à travers la diode (D 1) vers l'utilisation lorsque le transistor (Q 1) se bloque. La résistance (R 1) de très faible valeur est traversée par le courant de charge de l'inductance (L 1).La chute de tension dans (R 1) déternine un signal d'erreur utilisé pour controler le temps de conduction de (2 1) et limiter ainsi l'intensité dans (L 1). La condensateur variable (C 1) permet d'ajuster la fréquence de l'oscillateur en fonction de l'application. La résistance (R 2) détermine le courant dans la base de (Q 1). Les résistances (R 3), (R 4), et le potentiomètre (R 5) constituent un pont diviseur permettant de comparer la tension de sortie avec une tension interne de référence, le signal résultant de la comparaison de tension agit sur le temps de blocage de (Q 1). La tension de sortie est donc réglée automatiquement à la valeur choisie. Le choix de la valeur de la tension de sortie peut se faire en agissant sur le potentiomètre (R 5). Le condensateur (C 2) assure un filtrage de la tension de sortie, utile lorsque l'utilisation n'est pas une batterie d'accumulateurs. Le condensateur (C 2) associé à la résistance (R 7) constitue aussi un dispositif anti-surtension nécessaire pour éviter le claquage de (Q 1) lorsque les sorties S + et S - sont déconnectées.

La figure 4 montre le schéma d'un doubleur à tension inverse de type Schenkel intercalé entre un générateur à courant alternatif de très faible puissance et une batterie d'accumulateurs. Dans ce type de montage la variation de k s'obtient sans difficulté, puisque la tension de sortie s'écroule rapidement lorsque la charge augmente.

La :liure 5 montre le schéma d'un autotransformateur à circuit magnétique réluctif, intercalé entre un générateur à courant alternatif de petite puissance et une batterie d'accumulateurs ; la variation de k est obtenue par réactance.

Les applications industrielles sont multiples. En règle générale, l'invention peut convenir chaque fois qu'un générateur électrique à courant continu ou alternatif est en traSné à une vitesse variable et que ce générateur débite sur une charge qui comporte un niveau de seuil pour être activée. L'application industrielle la plus intéressante semble être celle de la construction des aérogénérateurs.

Dans le cas des aéroonéateurs l'invention en autorisant la détermination du générateur pour le régime le plus fort et en faisant dans des conditions de rendement très satisfaisantes l'adaptation pour les régimes intermédiaires permet - soit une augmentation de l'énergie recueillie.

- soit une diminution du volume, du poids, du prix des généra
teurs.

- soit une amélioration globale du rendement.

- soit par adjonction a un aérogénérateur existant conçu pour
les vents forts, d'exploiter les vents faibles.

- soit de permettre dans de nombreux cas l'entrainement du
générateur en prise directe par l'hélice, ou bien avec un
rapport de multiplication réduit.

- soit de simplifier les dispositifs de régulation mécaniques
de vitesse et de commande de pas variable.

Enfin, par l'allègement qu'elle autorise et la meilleure exploitation des vents faibles qu'elle réalise l'invention permet de concevoir des petits aérogénérateurs à mat pliant ou téléscopique, mobiles ou transportables.

Claims (7)

1. REVENDICATIONS

   1. Aérogénérateur de faible ou moyenne puissance four- nissant un courant continu ou alternatif comprenant un gé générateur (G) entrain8 par une hélice (H) et un récepteur (B) caractérisé en ce qu'il comporte un adaptateur (A) intercalé entre le générateur (G) et le récepteur (B) multipliant la tension (Ug) du générateur (G) par un facteur k variable compris entre k maxi et zéro.
2. 2. Aérogénérateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'adaptateur (A) est alimenté en courant continu, qu'il comporte un circuit élévateur de tension a découpage et que la variation du facteur k est obtenue par modification du rapport cyclique ou de la fréquence de l'oscillateur.
3. 3. Aérogénérateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'adaptateur (A) est alimenté en courant continu, qu'il comporte un circuit élévateur de tension à découpage et que la variation du facteur k est obtenue par réactance.
4. 4. Aérogénérateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'adaptateur (A) est alimenté en courant alternatif et qu'il comporte un doubleur à tension inverse du type Schenkel.
5. 5. Aérogénérateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'adaptateur (A) est alimenté en courant alternatif et qu'il comporte un autotransformateur ou un transformateur élévateur et que la variation du facteur k est obtenue par la réactance dudit autotransformateur ou transformateur.
6. 6. Aérogénérateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'adaptateur (A) est alimenté en courant alternatif et qu'il comporte un transformateur ou un autotransformateur élévateur et que la variation du facteur k est obtenue par semi-conducteur controlé du genre triac ou thyristor.
7. 7. Aérogénérateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'adaptateur (A) est alimenté en courant alternatif et que la variation de k est obtenue par un autotransformateur variable commandé par servomoteur.