• A l'origine, des génératrices à courant continu

Lors de l'apparition des premières éoliennes produisant du courant électrique comme celle de Brush en 1888, la finalité étant de charger des batteries l'usage des génératrices à courant continu s'imposa. Ce type de génératrice était très bien adapté à l'intermittence du vent et permettait un fonctionnement à vitesse variable de l'aérogénérateur. Vers 1925 apparurent les premiers aérogénérateurs modernes à hélices de Constantin et des frères Jacobs qui continuèrent de fonctionner sur le même principe. La vitesse variable ne posait guère de problème dans la mesure où on maintenait la tension à une valeur fixe grâce à une association avec un banc de batteries. Les premiers appareils électriques étant à courant continu, cela ne posait aucun problème.

A partir de 1930, en Amérique et en Europe commencèrent à voir le jour les centrales électriques à fuel,à gaz, à charbon et les centrales hydroélectrique ainsi que les grands réseaux électriques associés. L'une des conséquence a été l'usage du courant alternatif avec tension et fréquence de courant imposés. Ceci conduisit à la modification du type d'alimentation des appareils électriques et entraîna le déclin de l'usage des aérogénérateurs à génératrice à courant continu de l'époque qui ne pouvaient pas être connectées au réseau. Cependant les pionniers de l'énergie éoliennes s'employèrent à relever le défi et se mirent à concevoir de grandes turbines raccordables au réseau capables de fournir du courant alternatif. S'imposa alors l'usage de génératrices synchrones et asynchrones qui fournissent du courant alternatif et sont plus adaptées aux grandes puissances. . Palmer Putnam fut le premier à concevoir une machine raccordable au réseau avec l'aérogénérateur de 1.25 MW de Grandpa'Knob. Pour cela il utilisa une génératrice synchrone à vitesse de rotation fixe calée sur la fréquence du réseau. Dans les années 1950 Johannes Juul utilisa le premier semble-t-il, des génératrice asynchrones pour les machines qu'il construisit et qui furent raccordées au réseau.

• génératrice synchrone et génératrice asynchrone.

Les génératrices asynchrones et synchrones reposent sur le même principe théorique: la loi de Faraday ou de Lenz selon les auteurs. Autrement dit un flux variable à travers un circuit induit une force électromotrice capable de créer un courant électrique injecté dans le réseau. De façon élémentaire ces machines se composent d'une partie mobile appelée rotor qui crée le flux magnétique et d'une partie fixe appelée stator dans lequel est induit la force électromotrice qui va produire du courant pour le réseau.
Dans le cas d'une génératrice synchrone , le flux magnétique variable a pour origine des bobines électromagnétiques parcourues par un courant continu ou des aimants permanents (Permanent Magnet Generator) qui sont mis en mouvement par le rotor de la génératrice. Le courant alternatif généré a la même fréquence que le flux magnétique variable. Si la génératrice n'est pas raccordée au réseau cela ne pose pas trop de problème. En cas de raccordement au réseau, il est nécessaire que la fréquence du courant injecté soit égale à celle du réseau. La fréquence de rotation du rotor éolien n'étant pas celle du réseau, il faut faire appel à un dispositif qui va transformer le courant produit par la génératrice en un courant de même fréquence que le réseau.
Dans le cas d'une génératrice asynchrone le flux variable est fourni par le réseau soit par induction dans le rotor par les circuits du stator alimentés par le réseau dans le cas simple (machine à cage) soit par un dispositif de double alimentation (MADA). La génératrice ne fonctionne que si la fréquence du flux magnétique variable est un peu différente de la fréquence du courant du stator alimenté par le réseau. Ce décalage s'appelle le glissement (slip en anglais). La fréquence de rotation du rotor éolien étant très différente de celle de fonctionnement de la génératrice qui est fixée par le réseau, il faut placer entre le rotor éolien et le rotor de la génératrice un multiplicateur de vitesse de façon à ce que le rotor de la génératrice soit entraînée à la fréquence de fonctionnement de la génératrice. Pour pouvoir mieux profiter des régimes de vents on utilise parfois des machines asynchrones à deux cages.
On remarque ainsi que le raccordement direct au réseau implique des contraintes sur les vitesses de rotation du rotor éolien et du rotor de la génératrice. Dans le cas d'une génératrice asynchrone la présence du réseau est nécessaire. Par ailleurs les flux magnétiques du stator et du rotor sont en interaction, ainsi les explications précédentes sont évidemment une simplification justifiée par une première approche.

Dernière correction et modification : le 08/03/2021.

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