TP n°20 : Couplage de l`alternateur synchrone au réseau

BTS Electrotechnique 1ère année - Sciences physiques appliquées
TP n°20 : Couplage de l’alternateur synchrone au réseau
Enjeu :
Les alternateurs des centrales électriques sont couplés sur le réseau EDF. Ce dernier se comporte
comme un générateur triphasé très puissant imposant les caractéristiques de tension (fréquence, valeur
efficace,…) à tout alternateur synchrone qui lui est connecté.
Problématique :
Quel est le mode opératoire pour coupler un
alternateur synchrone au réseau ? Quels sont les
modes de fonctionnement une fois la machine
synchrone couplée ?
Rapport au programme :
E.1 – machine synchrone :
E1.2. Alternateur :
– Alternateur couplé sur un réseau : transfert des puissances active et réactive.
A. S’APPROPRIER ET ANALYSER :
A.1 Quelles sont les conditions à vérifier sur les tensions triphasées produites par un alternateur avant
de le coupler au réseau ?
A.2 Avec le montage utilisé (voir schéma dans l’annexe), comment savoir si l’ordre de succession des
phases est correct ?
A.3 A l’aide de ce schéma et en utilisant la loi des mailles, donner une expression de la valeur instantanée
v1L (L1) en fonction des valeurs instantanées v1alt (alternateur) et v1res (réseau).
A.4 Mise à part l’ordre de succession des phases, montrer que toutes les autres conditions sur la tension
produite v1alt sont remplies lorsque v1L=0.
A.5 En déduire la condition à vérifier sur les lampes avant de coupler l’alternateur au réseau.
A.6 Une fois l’alternateur couplé au réseau, comment faire pour augmenter la puissance fournie au
réseau ?
A.7 Une fois l’alternateur couplé au réseau, comment faire pour obtenir le fonctionnement en
compensateur synchrone ?
B. REALISER :
 Réaliser le câblage correspondant au schéma de l’annexe
 Mettre sous tension mais uniquement en présence du professeur

BTS Electrotechnique 1ère année - Sciences physiques appliquées
Annexe du TP n°20 : couplage de l’alternateur synchrone au
réseau
1. Quelles sont les conditions à réaliser pour coupler un alternateur synchrone sur le réseau ?
L’alternateur synchrone produit un système de tension triphasé qui doit être identique à celui du
réseau. Ces deux systèmes triphasés doivent donc au moment de l’accrochage :
 avoir la même valeur efficace de tension (Valt=Vres) ;
 avoir la même fréquence ;
 avoir le même ordre de succession des phases
 être en phase (déphasage nul entre v1alt(t) et v1res(t))
2. Quel est le montage utilisé pour réaliser le couplage ?
Pour le montage du TP, l’alternateur est entraîné par un moteur à courant continu. Dans une centrale
électrique il est entraîné par une turbine ou une éolienne.
G. s.
3
Moteur
à CC
R
E
S
E
A
U
A
*
V
N
v1Res
v2Res
v3Res
v1alt
v2alt
v3alt
v1L
V
**
CH1 CH2

3. Comment vérifier que l’ordre de succession des phases est correct ?
L’ordre de succession est ici vérifié par des ampoules supportant 2Vres, mais on peut également utiliser
un détecteur d’ordre de phases ou un oscilloscope pour vérifier  :
Si l’ordre de succession des phases est le
même :
Les 3 tensions aux bornes des lampes sont
identiques : elles s’éteignent et s’allument en même
temps (feux fixes).
Si l’ordre de succession des phases est
inversé :
Les 3 tensions aux bornes des lampes sont
différentes : elles s’éteignent et s’allument à tour
de rôle (feux tournants).
4. Quel est le protocole pour coupler l’alternateur au réseau ?
Il y a risque d’emballement du moteur à courant continu ou de forte surintensité si
l’induit de ce moteur est alimenté sans que son inducteur ne le soit.
 Démarrage du moteur à courant continu :
 en premier lieu, mettre sous tension l’inducteur du moteur
 mettre sous tension réduite l’induit du moteur
 régler la tension d’induit pour obtenir la vitesse de rotation de l’alternateur correspondant à la
fréquence du réseau.
 Mettre sous tension l’excitation de l’alternateur puis régler pour ajuster la valeur efficace de
l’alternateur tel que Valt=Vres.
 Vérifier l’ordre de succession des phases. S’il n’est pas bon, mettre hors tension l’excitation de
l’alternateur synchrone puis inverser 2 phases sur l’alternateur avant de réaliser à nouveau le réglage
précèdent.
 Ajuster la vitesse de rotation par le biais de la tension d’induit du moteur pour obtenir un déphasage
nul entre v1alt(t) et v1res(t).
 Si toutes les conditions du paragraphe 1 sont réalisées, les lampes restent continuellement éteintes :
on peut alors fermer l’interrupteur triphasé pour coupler l’alternateur au réseau.
5. Comment augmenter la puissance active fournie par l’alternateur au réseau ?
Une fois l’alternateur couplé au réseau, la vitesse de rotation restera fixe car imposée par la fréquence
du réseau. En augmentant la tension d’induit du moteur à courant continu, on ne modifiera donc plus la
vitesse. Par contre le courant d’induit et donc le couple, la puissance mécanique fournie à l’alternateur
et la puissance active fournie au réseau augmenteront.
L’échange de puissance active entre l’alternateur et le réseau est contrôlée par les réglages
du dispositif d’entraînement du rotor de l’alternateur (turbine, moteur, éolienne,…)
𝑉
𝑟𝑒𝑠
𝑉
𝑟𝑒𝑠
𝑉
𝑟𝑒𝑠
𝑉
𝑎𝑙𝑡
𝑉
𝑎𝑙𝑡
𝑉
𝑎𝑙𝑡
𝑉
𝑟𝑒𝑠
𝑉
𝑟𝑒𝑠
𝑉
𝑟𝑒𝑠
𝑉
𝑎𝑙𝑡
𝑉
𝑎𝑙𝑡
𝑉
𝑎𝑙𝑡

6. Que peut-il se passer en diminuant la puissance active fournie par l’alternateur au réseau ?
La puissance active fournie au réseau peut devenir négative : le sens de l’échange d’énergie est donc
inversé. La machine synchrone ne fonctionne plus en alternateur mais en moteur, la machine à courant
continu fonctionne en génératrice à courant continu est renvoie de l’énergie au réseau au travers de son
alimentation.
7. Comment régler la puissance réactive fournie au réseau ?
Une fois l’alternateur couplé au réseau, la valeur efficace de la tension aux bornes de l’alternateur
restera fixe car imposée par le réseau. En faisant varier Ie, on ne modifiera plus cette valeur efficace.
La puissance active étant fixée par le dispositif d’entrainement du rotor (MCC), le réglage de Ie ne fera
varier que la puissance réactive :
 si l’alternateur est surexcité (Ie>Ie optimum) alors
l’alternateur fournit de la puissance réactive
(compensateur synchrone) ;
 si l’alternateur est sous excité (Ie< Ie optimum) alors
l’alternateur consomme de la puissance réactive ;
 Ie optimum correspond a une puissance réactive nulle
(cos φ=1). Le transfert de la puissance s’effectue
avec un courant I minimum.
I=f(Ie) à P=cste (courbe de Mordey)
Remarque : l’alternateur synchrone sous excité risque de décrocher.
8. Quel est le protocole à suivre pour découpler l’alternateur et mettre à l’arrêt le système ?
 Ouvrir l’interrupteur triphasé (c’est sans danger, le seul risque est d’avoir une survitesse si la tension
d’induit du moteur à CC était fortement augmenté).
 Diminuer jusqu’à zéro le courant d’excitation de la machine synchrone et la tension d’induit du
moteur à CC.
 Mettre hors tension le circuit d’excitation du moteur à CC.
En jouant sur les réglages du dispositif d’entraînement du rotor de l’alternateur, la puissance
active fournie par l’alternateur peut devenir négative : la machine synchrone fonctionne alors
en moteur synchrone.