Étude d’un aérogénérateur Analyse comportementale Analyse comportementale d’un aérogénérateur

Analysecomportementaled’unaérogénérateur
Partie2:Orientationdelanacelleetgestiondel’asservissementenposition
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Sciencesdel’Ingénieur
Étuded’unaérogénérateur
Analysecomportementale
Source:http://technicalillustrators.org/files/2009/11/jhatch_WindTurbine_Orig1.jpg
DELORDJean‐David,ROGEREmmanuel,LycéeMaximilienPerret–AlfortvilleAcadémiedeCréteil 

Analysecomportementaled’unaérogénérateur
Partie2:Orientationdelanacelleetgestiondel’asservissementenposition
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Sciencesdel’Ingénieur
Tabledesmatières
Orientationdelanacelleetgestiondel’asservissementenposition............................................................3
1.1.Déterminationdesdiamètresprimitifsd1,d2.........................................................................................6
1.2.Déterminationdelavitesseangulairemoyenneω2/1.............................................................................6
1.3.Déterminationdelavitessetangentielle(VA2,2/1)...................................................................................6
1.4.Tempsdedéplacementdelanacelle......................................................................................................7
1.5.Influencedel’orientationdelanacellesurlaproductionénergétique.................................................8
1.6.Étudedusystèmed’orientationdelanacelle.........................................................................................9
1.6.1.Analysefonctionnelledel’orientationdelanacelle.......................................................................9
1.6.2.Orientationdelanacelle:fonctionnement....................................................................................9
1.6.3.Fonctionnementsouhaité.............................................................................................................10
1.6.4.Systèmesasservis–Notions:Régulationetasservissement.......................................................10
1.6.5.Étudedel’acquisitiondelamesuredelagirouette.....................................................................11
1.6.6.Étudedel’acquisitiondelapositiondel’éolienne.......................................................................13
1.6.7.Étudeetréglaged’uncorrecteurPID:..........................................................................................14
Expérimentation:..........................................................................................................................................15
1.6.8.Étudeetréglaged’uncorrecteurtoutourien:............................................................................17
Étudeénergétiquedelatransmissiondepuissance....................................................................................18
2.1.Puissancetransmissibleetloisd’entrées‐sortiesdel’éolienne............................................................18
2.1.1.Puissancedisponiblesurl’arbrelentdurotor..............................................................................18
2.1.2.Dimensionnementdudisqueéolien.............................................................................................18
2.1.3.Courbedepuissance.....................................................................................................................20
2.1.4.DéterminationdeL.....................................................................................................................21
2.1.5.Coupledisponiblesurl’arbrelentdurotor...................................................................................21
2.1.6.Déterminationdurapportderéductionr.....................................................................................22
2.1.7.Validationdurapportderéduction..............................................................................................22
2.1.8.Puissancedisponiblesurl’arbrerapidedumultiplicateurPR......................................................24
2.2.Modélisationdesliaisons......................................................................................................................26
2.2.1.Désignationdesliaisons................................................................................................................28
Réponseàlaproblématique.........................................................................................................................29

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ème
partie
 Orientationdelanacelleetgestiondel’asservissementenposition
Cettepartieconsacréeàl’étudedelarotationdel’éoliennecomplètepourladirigerdanslesensduventest
composéedetroisproblématiques.
Compétencesdévellopées:
A2.Analyserlesystème
‐ identifierlesélémentstransformésetlesflux;
‐ décrirelesliaisonsentrelesblocsfonctionnels;
C2.Mettreenœuvreunprotocoleexpérimental
‐ traiterlesdonnéesmesuréesenvued’analyserlesécarts;
A3.Caractériserdesécarts
‐ comparerlesrésultatsexpérimentauxaveclescritèresducahierdeschargesetinterpréterles
écarts.
Ilestdemandépourtouslescalculsd’écrirel’expressionlittéralepuisd’effectuerl’applicationnumérique.
L’objectifdecetteétudeestdedéterminerletempsmisparlanacellepoursepositionnerparrapportàla
directionduventàpartird’unanglededécalageprécis()entrel’axelongitudinaldelanacelleetl’axede
directionduventainsiquededéterminerl’angleau‐delàduquellaperteénergétiquedevientsignificative.
Problèmetechniquen°3:Quelleestl'influencedesdimensionsdupignonetdelarouesurla
vitessededéplacementdel'éolienne?
Axedela
nacelle
Axeindiquantla
directionduvent
Avantinterventiondelarégulation
Alignementdel’axedela
nacelleavecl’axeindiquant
ladirectionduvent
Aprèsinterventiondelarégulation
Éolienneenvuedessus

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Pourobtenirunrendementoptimaldel’éolienne,ilestindispensablequele«disqueéolien»(planvirtuel
définiparlarotationdespales)soitconstammentperpendiculaireàladirectionduvent.Àdéfaut,lapuissance
disponibleensortiedugénérateurdiminuerapidementetdesvibrations,néfastesàlalongévitéde
l’aérogénérateur,risquentd’apparaître.
L’éolienneVESTASV52estéquipéed’unenacelleorientable,dotéed’undispositifderégulationautomatique
dontlafonctionestdemaintenirenpermanenceledisqueéolienfaceauvent.
Lanacelleestliéeàlatourparunecouronneàbilles,àcontactoblique.Celle‐ciréaliseuneliaisonpivotentre
latouretlanacelle.L’entraînementdel’orientationdelanacelles’effectuegrâceauxquatremotoréducteurs
liésàcelle‐ci,alimentésparleréseauetcomportantunsystèmedefreinagecapabledemaintenirenposition
l’ensembledelanacelle.
Lemouvementderotationdelanacelleparrapportàlatourestassuréparquatrepignonsdentés(denture
droite)entraînésdirectementparles4motoréducteurs.Les4pignonsengrènentaveclarouedentéequiest
fixéeàlatour.Ainsiestréalisélemouvementderotationdelanacelle.
Afindesimplifierl’étudenousavonsconsidéréleschémacinématiquecommeillustrésurleschémadelapage
suivante:lanacelleestentraînéeparunseulpignon(2)quiengrèneaveclarouedentéefixe(1)liéeàlatour.
Berceau
RouedentéeMoteurd’orientationdelanacelle
(1,5kW–400V–50Hz)
Pignon
Source:windenergynetwork.co.uk
Source :www.norde
x
‐online.com

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MR
Châssisdelanacelle(3)
Fondation
d1
I
,/
A
1
B
1
0
2
d
2
2/1
Rouedentée(1)liéeàla
tour,représentéeparle
cercleprimitifC1envue
dedessus
Position
intermédiaire
Positioninitiale:décalagedel’angle
del’axelongitudinaldelanacelle
parrapportàl’axededirectiondu
vent
A
2
Positionfinale:alignementdel’axe
delanacelleavecladirectionduventPignon(2)liéeparune
liaisonpivotàlanacelle
représentéeparlecercle
primitifC2envuededessus
Relationentrelavitesseangulaireetla
vitesselinéaire:
V=R.
Avec:
V:vitesselinéaireen[m/s]
R:rayonen[m]
:vitesseangulaireen[rad/s]
Notation:
VA2,2/1:vitesselinéaireaupointA2dela
pièce2parrapportàlapièce1.
2/1:vitesseangulairedelapièce2par
rapportàlapièce1.
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