La régulation de la vitesse dans une turbine hydraulique
La régulation contrôle la vitesse de rotation de la turbine et, par là, la vitesse de rotation de l’alternateur, et donc les caractéristiques (voltage et fréquence) du courant produit. Ce dispositif est nécessaire pour transformer l’énergie hydraulique en énergie mécanique
Le rôle de la régulation
Lorsque l’on peut se connecter sur un réseau de forte puissance (au moins dix fois la puissance à installer), c’est ce réseau qui va imposer à l’installation projetée sa fréquence et sa tension. Dans ce cas, on installe un alternateur asynchrone avec une régulation simplifiée: le distributeur de la turbine est actionné en fonction du niveau d’eau dans le canal d’amenée.
Lorsque l’on ne peut se connecter à un réseau suffisant, l’alternateur synchrone s’impose. Dans ce cas, la régulation ouvre ou ferme le distributeur de la turbine en fonction de l’augmentation ou de la diminution de la charge sur l’alternateur et ainsi module la puissance hydraulique disponible de la turbine en fonction de la charge demandée à l’alternateur.
La régulation mécanique
Le système classique de régulation mécanique est constitué d’un axe de rotation entraîné par le mouvement de la turbine et auquel est fixé un couple de petites masses (masselottes) par l’intermédiaire de tiges mobiles formant un losange. La force centrifuge, qui croît avec la vitesse de rotation, a tendance à écarter les masselottes de l’axe, ce qui fait remonter la pointe inférieure du losange et entraîne un levier actionnant le distributeur qui réduit le débit d’alimentation de la turbine.
Par contre, lorsque la demande d’électricité à l’alternateur augmente, la vitesse de la turbine diminue, les masselottes se rapprochent de l’axe en actionnant un mécanisme d’ouverture du distributeur pour augmenter le débit de la turbine. Ce type de régulation est essentiellement utilisé pour actionner les déflecteurs de turbines Pelton.
La régulation hydraulique par servomoteur
Comme les forces requises pour actionner le distributeur des turbines de basse chute sont importantes, le système mécanique classique doit être amplifié par un système hydraulique. Cette régulation est composée:
- d’un appareil de mesure de vitesse basé sur le principe du régulateur mécanique;
- d’un organe stabilisateur, qui a un effet d’amortissement pour éviter les successions de fermetures et d’ouvertures trop brusques; on l’appelle dash-pot ou accéléromètre;
- d’un servomoteur permettant de forcer l’ouverture ou la fermeture du distributeur en fonction de la réaction des organes
précédents; - d’un système de mise sous pression de l’huile destinée au servomoteur;
- d’un certain nombre d’organes annexes (mécanisme de réglage secondaire).
Cette régulation est sophistiquée, coûteuse et demande un entretien régulier.
Le contrôleur de charge
Le contrôleur de charge qui permet l’utilisation d’une turbine sans régulation de débit est employé lorsque celui-ci est constant. Pour que la vitesse de rotation reste constante, la charge électrique – c’est-à-dire la consommation d’électricité – doit être, elle aussi, fixe.
Le contrôleur de charge assure cette fonction en branchant une charge morte lorsque l’énergie produite par l’alternateur n’est pas entièrement consommée par l’utilisateur.
Cette régulation électronique intègre la fonction de contrôleur de charge et d’un régulateur de tension qui assure une tension stable lorsque la charge varie. Ce dispositif est nécessaire lorsque l’alternateur asynchrone n’est pas relié à un réseau suffisant. Dans le cas contraire, c’est le réseau qui impose la vitesse de rotation de la turbine.