Couplage en dérivation des alternateurs

Machines à courant alternatif 1955

On couple en dérivation les alternateurs à courant triphasé afin de fournir un plus grand débit car, ainsi, leurs puissances s'additionnent.

L'expérience et les calculs déterminent la puissance maximum de chaque turbine et de chaque alternateur d'un barrage donné.

Pour les barrages à grand débit d'eau et à faible chute, il est plus pratique d'utiliser plusieurs machines de moyenne puissance placées les unes à la suite des autres plutôt qu'une ou deux machines de dimension démesurée. L'usage de plusieurs machines permet d'en réserver une d'urgence qu'on utilisera en cas de réparation ou de surcharge.

Si la charge varie beaucoup et tend à diminuer, on peut arrêter une ou deux machines en assurant un fonctionnement plus économique. La grosseur ou la puissance maximum de plusieurs alternateurs est limitée par celle des moteurs existants (diesel, turbine, engins, etc.) ; si la charge est grande, il est possible d'en utiliser plusieurs reliés en dérivation.

Pour relier en dérivation des alternateurs à courant triphasé, on observe l'égalité des tensions et des fréquences, un même ordre de phases, la même forme d'ondes produites par les alternateurs et la synchronisation des alternateurs.

La tension se règle en variant l'excitation de l'alternateur tout en surveillant le voltmètre. La fréquence se règle en variant la vitesse du moteur qui entraîne l'alternateur; le fréquencemètre l'indique.

Vérification de l'ordre des phases

On a vu que pour relier les dynamos en dérivation1 on doit avoir des conducteurs de même polarité.

La polarité d'un courant alternatif d'une fréquence de 60 cycles change 120 fois par seconde sans pour autant disparaître: il s'agit alors de la polarité dite instantanée dont on tient souvent compte.

La vérification de l'ordre des phases sur le courant triphasé consiste à contrôler la correspondance de la polarité des trois conducteurs d'une source et des trois conducteurs d'une autre source.

Avant de relier les conducteurs d'un alternateur à courant triphasé en parallèle avec les conducteurs d'un autre alternateur, on vérifie l'ordre des phases ; si elles ne sont pas dans le même ordre, quelque chose d'analogue à un court-circuit se produit.

Cette vérification se fait seulement au moment de l'installation car une fois la bonne relation entre les phases établie, seul un changement de connexion pourrait la changer.

On vérifie aussi l'ordre des phases lorsqu'on relie en dérivation deux sources de courant triphasé comme les secondaires de deux transformateurs à courant triphasé. Pour cette vérification on utilise trois lampes, un petit moteur d'induction à courant triphasé ou un indicateur de phase.

a) Vérification par lampes

La figure 24 montre la façon de relier les lampes.

Fig. 24. — Vérification de l'ordre des phases avec trois lampes

Si elles s'allument et s'éteignent simultanément, les phases des deux alternateurs sont dans le même ordre.

Si elles s'allument et s'éteignent l'une après l'autre, les phases sont dans un mauvais ordre; on inverse alors deux des trois conducteurs de l'alternateur à relier.

b) Vérification par moteur

On relie le moteur d'induction à courant triphasé aux conducteurs de l'alternateur A (Fig. 25) en notant le sens de rotation du moteur; on le relie ensuite aux conducteurs correspondants de l'alternateur B.

Fig. 25. — Vérification de l'ordre des phases avec un petit moteur à courant triphasé ou un indicateur d'ordre des phases

Si le sens de rotation est le même que précédemment, les phases sont dans le même ordre; sinon, on inverse deux des trois conducteurs de l'alternateur B à relier.

c) Vérification par indicateur

L'indicateur d'ordre des phases {phase séquence indicator) est un instrument qui renferme un petit moteur d'induction à courant triphasé et muni de trois fils numérotés (Fig. 26). Cet appareil vérifie l'ordre des phases de la même manière que dans la méthode précédente.

Fig. 26. — Indicateur d'ordre des phases

Avec chacune de ces méthodes, lorsque la tension est au-dessus de 600 volts, il faut utiliser des transformateurs abaisseurs de tension. Il est bon de vérifier l'ordre des phases ou d'identifier les conducteurs lorsqu'on fait des changements dans une distribution à courant triphasé.

En effet, si par hasard, on croise deux des trois conducteurs d'une ligne, on change en même temps l'ordre des phases et le champ tournant dans les stators des moteurs à courant triphasé et par conséquent, le sens de rotation de tous les moteurs branchés sur cette ligne.

Forme d'onde. La forme d'onde (wave form) du courant d'un alternateur dépend de sa construction (forme des pièces polaires, des enroulement, etc.). Les fabricants cherchent à obtenir, autant que possible, la forme sinusoïdale.
Des alternateurs identiques possèdent la même forme d'onde.

Synchronisme

Deux alternateurs sont synchronisés lorsqu'ils produisent simultanément les mêmes variations de tension. Les alternateurs élémentaires de la figure 27 sont synchronisés lorsque leurs rotors tournent à la même vitesse et occupent à chaque instant des positions identiques.

Fig. 27. — Deux alternateurs élémentaires en synchronisme

Lorsque les rotors tournent à la même vitesse mais occupent des positions opposées, les tensions sont opposées ; si on relie alors les machines en dérivation, il se produit une sorte de court-circuit.

Avant d'atteindre le synchronisme, les rotors des alternateurs passent par toutes les positions intermédiaires entre les positions synchronisme et opposition (Fig. 28).

Fig. 28. — Deux alternateurs élémentaires en opposition

Vérification de la concordance des phases ou synchronisme

On synchronise deux alternateurs de différentes façons.

1. Avec lampes

a) Couplage à l'extinction

Les lampes sont reliées aux alternateurs A et B (Fig. 29).

Fig. 29. — Couplage à l'extinction

Lorsque les alternateurs sont synchronisés, ils produisent simultanément des polarités correspondantes ; à cet instant, les lampes Ll et L2 reliées à des fils de même polarité s'éteignent ; lorsque les alternateurs sont en opposition et leurs polarités différentes, les lampes s'allument.

Lorsqu'on synchronise, les lampes passent par des périodes d'allumage et d'extinction car les alternateurs sont tantôt en synchronisme et tantôt en opposition. Plus on approche du synchronisme, plus lentes sont les variations.

Au milieu de la période d'extinction, lorsque les variations d'allumage et d'extinction sont aussi lentes que possible, on ferme l'interrupteur de l'alternateur à synchroniser.

b) Couplage à l'allumage

Pour synchroniser à l'allumage, on relie différemment les lampes aux conducteurs des alternateurs (Fig. 30) ; elles s'allument lorsque les alternateurs sont synchronisés et s'éteignent lorsque les alternateurs sont opposés.

Fig. 30. — Couplage à l'allumage

Lorsqu'on emploie cette méthode, les lampes passent par des périodes d'allumage et d'extinction ; on ferme alors l'interrupteur de l'alternateur à synchroniser au milieu de la période d'allumage au moment où les variations deviennent aussi lentes que possible.

Aujourd'hui, on n'utilise les lampes qu'en cas d'urgence ; le synchroscope les remplace efficacement.

Deux alternateurs synchronisés et ayant le même nombre de pôles ressemblent à deux engrenages dont le nombre de dents et la vitesse seraient identiques.

2. Avec synchronoscope

Le synchronoscope (Fig. 31) est un instrument qui agit comme un petit moteur asynchrone et qui indique le moment où le synchronisme se produit entre deux forces électromotrices alternatives. Il indique aussi les vitesses trop lentes ou trop rapides de l'alternateur à synchroniser.

Fig. 31. — synchronoscope

On ajuste la vitesse du moteur qui commande l'alternateur à synchroniser afin que l'aiguille du synchronoscope tourne très lentement dans le sens accéléré (fast).

On ferme l'interrupteur au moment où la pointe de l'aiguille arrive à la marque du centre au haut de 1 instrument.

Parfois, lorsqu'on a des interrupteurs télécommandés, on ferme l'interrupteur de 1/4" à 1/2" avant que l'aiguille n'atteigne la position plus haut.

Couplage à un alternateur à courant triphasé en dérivation avec un autre

a) Lorsque tous les appareils de commande et de réglage, sont en bonne position, on démarre la machine.

b) On règle la tension et la fréquence égales à celles des barres de charge.

c) On synchronise et on ferme le disjoncteur principal; l'alternateur est relié alors à l'autre en dérivation.

d) On règle la charge.

e) On règle enfin le courant d'excitation.

Découplage à un alternateur à courant triphasé qui fonctionne en dérivation

a) On réduit la charge en diminuant la puissance du moteur qui commande l'alternateur.

b) On règle le courant d'excitation de manière à réduire au minimum le courant de l'induit de 5% à 10% du courant de la charge de régime.

c) On ouvre le disjoncteur principal et on arrête la machine.

Dérivation. On peut comparer deux alternateurs fonctionnant en dérivation à deux engrenages ayant du jeu entre leurs dents.

Leurs vitesses moyennes sont égales mais leurs vitesses instantanées peuvent varier légèrement c'est-à-dire que le mouvement d'un rotor plus ou moins en avant ou en arrière de l'autre reçoit des oscillations pendulaires qui produisent un bruit caractéristique et qui entraînent des variations anormales de courant, appelées «surges », lorsqu'il y a surtout de grandes variations de charge.

Note. On aura soin de toujours manipuler lentement les rhéostats et les commandes de vitesse afin de ne pas causer de trop grandes variations pendant le couplage et le découplage.

Réglage des charges (adjustment of the loads)

Pour augmenter ou diminuer la charge d'un alternateur fonctionnant en dérivation, on augmente ou on diminue la puissance du moteur qui le commande tout en surveillant les ampèremètres.

On ne peut pas varier la vitesse sans affecter la fréquence qu'on doit maintenir constante.

Réglage du courant d'excitation {adjustment of the field current)

Si on néglige le réglage du courant d'excitation des alternateurs, la somme des courants des alternateurs dépassera de beaucoup le courant total des barres de charge ou du courant de charge de la centrale ; car, les courants qui circulent d'une machine à l'autre amènent le surchauffage des alternateurs.

On élimine ces courants inutiles et nuisibles en ajustant les courants d'excitation tout en surveillant les lectures
indiquées par les ampèremètres Fig. 32).

Fig. 32. Schéma élémentaire de deux alternateurs en parallèle