MAGIM Génératrice asynchrone à réducteur magnétique intégré

Application aux éoliennes

Badr-el-Boudour Bidouche, Smail Mezani, Thierry LubinGREEN

CONTEXTE

BILAN - MARCHÉ(S) ADRESSÉ(S)

ENJEUX SCIENTIFIQUESET TECHNOLOGIQUES

La majorité des éoliennes de puissance (P > 1MW) comporte une génératrice asynchrone haute vitesse (≈1500tr/mn) associée à un réducteur mécanique, la vitesse nominale des pâles étant d’envi-ron 15tr/mn. L’engrenage mécanique représente le maillon faible de cette chaine de transmission en terme de fiabilité et pro-voque une baisse de production d’énergie (arrêt de l’éolienne).Notre objectif est de remplacer l’engrenage mécanique par un engrenage magnétique intégré directement à la généra-trice. Ce nouveau dispositif, plus fiable et plus léger, doit per-mettre d’améliorer l’efficacité énergétique des éoliennes.

Les réducteurs de vitesse magnétiques possèdent de nom-breux avantages par rapport aux réducteurs mécaniques:

- Maintenance réduite et fiabilité améliorée.

- Faible bruit acoustique (isolation physique) et protection intrinsèque contre les surcharges mécaniques.

- Réduction de la taille et du poids pour des puissances élevées et amélioration du rendement global.

Ce projet s’inscrit dans le cadre de l’efficacité énergétique. Pour éco-nomiser l’énergie, il est préconisé d’améliorer le rendement et la fiabi-lité des systèmes d’entrainement électromécanique.

Notre projet, autour d’un concept novateur associant une génératrice asynchrone et un réducteur magnétique pour l’éolienne, répond à cet objectif car il permet d’améliorer la fiabilité (maintenance réduite) et le rendement global de la chaine de production.

Nous pensons que ce nouveau type de machine peut pénétrer assez rapidement le marché des entrainements de forte puissance à basse vitesse (éolienne pour la production d’énergie ou traction maritime en fonctionnement moteur).

Les premiers résultats seront présentés à la conférence internationale ICEM’2018.

- Bon rendement sur une large plage de fonctionnement.- Protection intrinsèque contre les surcharges mécaniques: décrochage en cas de sur-couple- Réduction de la taille et du poids pour des puissances élevées comparés à une chaine de transmission classique

Génératrice asynchrone à réducteur magnétique intégré:une rupture technologique

La génératrice constitue la partie in-terne. Le réducteur de vitesse magné-tique représente la partie externe. Le rotor haute vitesse est la partie com-mune de la génératrice et du réduc-teur.L’engrenage magnétique est composé de trois armatures: une armature ex-terne fixe à po paires de pôles, une ar-mature interne haute vitesse à pi paires de pôles et une armature centrale tournant à basse vitesse comportant ns pièces ferromagnétiques.

APPROCHE MÉTHODOLOGIQUE

Multiplicateur de vitesse (K=100)

RÉSULTATS

Réalisation d’un prototype 1kW, 400V/50Hz, 50tr/mn

Cahier des charges

Prédimensionnement analytique (magnétique/thermique/mécanique)

Logiciel FEMM (calcul de Ls, Lr, M)

Modèle circuits couplés

Calcul des performances

Choix de la structure

Première géométrie

Modélisation EF 2D

Engrenage magnétiqueGénératrice asynchrone

Modèle thermique Modèle magnétique

Liaison + freinà disque

Génératrice asynchrone à rotor bobiné

Convertisseur de fréquence

Réducteur mécanique (K=100 ; 19 tonnes pour 2MW

Aimantspermanents

(pi)

Rotor basse vitessePièces ferromagnétiques

(ns)

Rotor interne haute vitesse

Armature externe fixe

Aimantspermanents

(pe)