FR2956881A1 - Systeme de commande-controle de l'angle de calage des pales d'une eolienne - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un système de commande-contrôle de l'angle de calage des pales d'une éolienne branché sur le réseau électrique (12) comprenant un automate (16) et pour chaque pale : un actionneur de pale apte à modifier le pas de ladite pale comprenant au moins un moteur (1) asynchrone, un variateur (7) couplé audit moteur (1) asynchrone et branché sur ledit réseau électrique (12), un codeur apte à mesurer la vitesse de rotation de ladite pale autour de son axe longitudinal, dans lequel, pour chaque pale, un contacteur (8) électromécanique monté en parallèle sur le variateur (7) et commandé par l'automate (16) de l'éolienne est apte à court-circuiter ledit variateur (7) de façon à commuter le moteur (1) sur ledit réseau (12) électrique pour l'alimenter directement par le réseau et dans lequel la fermeture du contacteur (8) est arrangée pour également arrêter le fonctionnement du variateur (7).

Description

SYSTEME DE COMMANDE-CONTROLE DE L'ANGLE DE CALAGE DES PALES D'UNE EOLIENNE.

La présente invention concerne le domaine des aérogénérateurs pourvus d'une hélice à pas variable. La présente invention concerne plus particulièrement un dispositif de commande-contrôle de l'angle de calage des pales d'une éolienne branchée sur le réseau électrique. Les éoliennes pourvues d'hélice pas variable sont en général io construites de manière à atteindre leur performance maximale autour d'une vitesse de vent donnée. Ces éoliennes sont donc conçues avec un système de régulation de puissance et un dispositif de commande de l'angle de calage des pales. Un contrôleur électronique vérifie plusieurs fois par seconde la puissance de sortie de l'éolienne et en cas de puissance de sortie 15 trop élevée, le contrôleur électronique de l'éolienne envoie une commande au dispositif de calage qui pivote immédiatement les pales légèrement dans le sens du vent de façon à "perdre» une partie de l'énergie du vent afin d'éviter d'endommager l'éolienne. Inversement, les pales seront pivotées face au vent de manière à pouvoir mieux capter de nouveau l'énergie de ce 20 dernier, dès qu'il baisse d'intensité. Le pas variable est un système qui permet une régulation constante de la rotation de l'hélice. En modifiant l'orientation des pales du rotor, le système de contrôle de l'angle de calage permet également de stopper l'éolienne en plaçant les pales dans une position sensiblement parallèle au vent, position dite "en drapeau ". 25 Un problème dans le domaine des dispositifs de commande d'angle de calage des pales concerne le cas où le système se dérègle ou tombe en panne. Dans ce cas, l'hélice de l'éolienne va tourner au fil du vent sans moyen pour la freiner. Si le vent faiblit, le rotor va perdre de la vitesse n'entrainant pas de dommage sur l'éolienne. Par contre, si le vent ne faiblit 30 pas, l'éolienne, ne disposant plus de frein, verra son hélice continuer à prendre de la vitesse. La survitesse de l'hélice conduira à la destruction de l'éolienne. Dans ce contexte, il est intéressant de proposer une solution permettant d'obtenir un système de commande-contrôle d'angle de calage 5 des pales sécuritaire et d'un niveau de maintenance réduite. La présente invention a pour but de pallier certains inconvénients de l'art antérieur en proposant un système sûr, sans danger pour l'utilisateur par exemple lors des phases de maintenance, sans danger pour la machine et io dont la maintenance est facilitée. Ce but est atteint par un système de commande-contrôle de l'angle de calage des pales d'une éolienne branchée sur le réseau électrique comprenant un automate et pour chaque pale : un actionneur de pale apte à is modifier le pas de ladite pale comprenant au moins un moteur asynchrone, un variateur couplé audit moteur asynchrone et branché sur ledit réseau électrique, un codeur apte à mesurer la vitesse de rotation de ladite pale autour de son axe longitudinal, dans lequel, pour chaque pale, un contacteur électromagnétique monté en parallèle sur le variateur et commandé par 20 automate de l'éolienne est apte à court-circuiter ledit variateur de façon à commuter le moteur sur ledit réseau électrique pour l'alimenter directement par le réseau et dans lequel la fermeture du contacteur est arrangée pour également arrêter le fonctionnement du variateur. Selon une autre particularité du système la commande de chaque 25 contacteur se fait de façon simultanée par une seule sortie de l'automate .de l'éolienne. Selon une autre particularité du système, lorsque les moteurs sont alimentés par le réseau, un capteur mécanique est apte à ouvrir chaque contacteur électromécanique lorsqu'il détecte que chaque pales sont dans 30 une position sensiblement parallèle au sens du vent.

Selon une autre particularité, du système, l'éolienne possède un dispositif mécanique, relié à au moins un contacteur électromécanique, apte à commander la fermeture d'au moins un contacteur électromécanique et commuter au moins un moteur asynchrone sur le réseau électrique. s Selon une autre particularité du système, l'automate est apte à ouvrir le contacteur à la volée si ledit contacteur est fermé en cours de mouvement alors que le variateur fonctionne correctement. Selon une autre particularité l'automate de l'éolienne actionne chaque contacteur de commutation sur le réseau, de façon instantanée, dès qu'une io roue codeuse mesure une vitesse de rotation d'une pale, autour de son axe longitudinal, supérieure à une consigne mémorisée par ledit automate. Selon une autre particularité du système, chaque variateur possède une entrée spéciale et une sortie spéciale, ladite sortie spéciale de chaque variateur étant câblée directement à ladite entrée spéciale de chaque 15 variateur. Selon une autre particularité du système, le variateur est apte à amener automatiquement la pale associée en position de sécurité à la réception d'un signal électrique prédéterminé sur l'entrée spéciale dudit variateur en provenance de la sortie spéciale d'au moins un autre variateur et 20 apte à transmettre simultanément ce même signal prédéterminé à l'entrée spéciale des autres variateurs via la sortie spéciale. Selon une autre particularité, chaque variateur du système possède une entrée, dite d'inhibition arrangée pour couper la commande des commutateurs de l'étage de sortie dudit variateur à la réception d'un signal 25 électrique prédéterminé et rétablir la commande des commutateurs de l'étage de sortie dudit variateur à la suppression de ce signal électrique. Selon une autre particularité, le système comprend, pour chaque pale, un commutateur mécanique différent, câblé à une entrée d'inhibition du variateur associé à la pale, arrangé pour émettre un signal sur l'entrée d'inhibition apte à couper ou rétablir la commande des commutateurs de l'étage de sortie dudit variateur associé à la pale. Selon une autre particularité du système, le variateur de chaque pale possède une entrée apte à recevoir un signal de l'automate ou directement d'une télécommande arrangé pour entrainer lentement la pale associée audit variateur en rotation autour de son axe longitudinal. Selon une autre particularité du système, l'automate est apte à alimenter chaque variateur de façon à faire pivoter chaque pale dans une io direction sensiblement parallèle au sens du vent grâce à l'énergie de la batterie de sauvegarde associée à chaque variateur, sans fermer les contacteurs électromécaniques de commutation sur le réseau, dès que ledit automate détecte une coupure du réseau électrique. Selon une autre particularité, le système comprend un contacteur Is statique commandé par l'automate, connecté entre chacune des batteries de sauvegarde et le variateur associé, ledit contacteur statique étant apte à déconnecter ladite batterie de sauvegarde du système. Un autre but est atteint en proposant une télécommande apte à être connectée à un variateur, ladite télécommande comprenant au moins un 20 moyen de commande arrangé pour actionner la pale associée audit variateur suivant un axe de rotation longitudinal par rapport à l'axe de ladite pale et au moins dans un sens de rotation. Selon une autre particularité de la télécommande, le moyen de commande est arrangé pour désactiver le variateur associé lorsque ledit 25 moyen de commande est relâché.

Un autre but est atteint en proposant une éolienne de type aérogénérateur comprenant un des systèmes de commande-contrôle de l'angle de calage des pales de la présente invention. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 représente une vue schématique d'un exemple de réalisation du mécanisme d'entrainement d'une pale. io La figure 2 représente un mode de réalisation du schéma de puissance du système. La figure 3 présente le schéma d'un exemple de réalisation du contrôle des variateurs. La figure 4 présente le schéma d'un exemple de réalisation du 15 schéma de contrôle des variateurs. La présente invention concerne un système de commande-contrôle de l'angle de calage des pales (pitch en anglais) d'une éolienne de type aérogénérateur, dotées d'une hélice à pas variable. 20 L'angle de calage est l'angle entre la corde du profil de la pale et le plan de rotation. La corde du profil est la droite passant par le bord de fuite et par le point le plus extrême du bord d'attaque. La figure 1 présente un exemple de réalisation de l'actionneur d'une pale selon l'invention. Chaque pale de l'hélice est montée en rotation de 25 façon à pouvoir tourner sur elle-même autour de son axe longitudinal et ainsi modifier son angle de calage. Ceci permet d'avoir un pas plus ou moins grand et ainsi contrôler la vitesse de rotation de l'hélice. Pour ce faire, chaque pale possède, à une de ses extrémités, au niveau de son pied (5), une couronne dentée (4) sur laquelle vient s'engrener, sur une zone d'engrenage (30), un pignon (3) entrainé par un moteur (1) asynchrone par l'intermédiaire, par exemple et de façon non limitative, d'un réducteur (2). Sur cette couronne (4) vient également s'engrener une roue codeuse (6), sur une zone d'engrenage (60), permettant de mesurer la vitesse de rotation de la pale et délivrer un signal électrique proportionnel à cette vitesse. Selon l'invention, la roue codeuse renvoie également un signal électrique proportionnel à la position angulaire de la pale. Un roulement à billes (45) ou roulement d'orientation de pale est 10 également présent entre la couronne dentée (4) et le moyeu (46) du rotor. Une pièce métallique (40) est montée solidairement sur la couronne dentée (4). La position de cette pièce métallique (40) correspond à la position de la couronne dentée (4) lorsque la pale est en position de sécurité. La pièce métallique (40) coopère avec un capteur inductif (41) "fin de course". 15 Lorsque la pièce métallique (40) passe devant le capteur inductif (41), ce dernier bascule. Par exemple et de façon non limitative, le signal électrique émit par le capteur (41) est modifié lorsque la pièce métallique (40) passe devant le capteur (41). Selon un autre mode de réalisation le capteur (41) émet un signal lorsqu'il détecte la pièce métallique (40). 20 Un deuxième capteur mécanique "sur course" est également monté en pied de pale. Ce capteur est prévu pour borner le mouvement. C'est une redondance du système en cas de défaillance du capteur inductif (41). Lorsque la pale vient en butée sur ce capteur, le signal en sortie dudit capteur est modifié. Selon un autre mode de réalisation, ce capteur "sur 25 course" est un contact électrique. Dans ce cas, lorsque la pale vient en butée sur ce capteur elle ouvre par exemple le contact électrique. Comme on peut le voir sur la figure 2, pour chaque pale de l'éolienne, un variateur (7), branché sur le réseau électrique (12) triphasé via une liaison 30 électrique (127), permet d'alimenter et de commander le moteur (1) asynchrone. Au moins une batterie (9) de sauvegarde placée dans la pale est également connectée à ce variateur (7) afin d'alimenter ce dernier en cas par exemple, de coupure du réseau (12).

Les éoliennes ont besoin de pouvoir être mise en sécurité par exemple en cas de tempête de façon à arrêter la rotation du rotor. Lorsque la vitesse du vent est trop forte, par exemple 100 km/h, l'éolienne est déconnectée du réseau et ses pales sont amenées dans une position de sécurité dans laquelle elles ont le moins de prise au vent et donc sont moins io sollicitées. Cette position est obtenue en faisant pivoter les pales dans une direction sensiblement parallèle au sens du vent. Cette action est communément appelée "mise en drapeau des pales". En référence à la figure 3, lorsque chaque variateur (7) reçoit l'ordre de mettre l'éolienne en sécurité, chaque variateur (7) alimente chaque 15 moteur (1) de façon à faire pivoter chaque pale en position de sécurité. Afin de détecter lorsque les pales sont arrivées en position drapeau et stopper le moteur (1), un capteur inductif (41) «fin de course» est câblé, par une liaison filaire (417), sur le variateur (7) et par une liaison filaire (415) sur une carte entée/sortie déportée (15). Lorsque la pièce métallique (40) montée 20 solidairement sur la roue dentée (4) passe devant le capteur inductif (41), ce dernier commute et le signal émis par le capteur (41) est modifié. Le signal de sortie du capteur (41) pourra, par exemple et de façon non limitative, être un signal électrique tout ou rien. Un deuxième capteur mécanique (42) "sur course" est également 25 prévu de façon à pouvoir stopper le mouvement en cas de défaillance du capteur inductif (41). Le capteur mécanique (42) est câblé sur le variateur (7) par une liaison filaire (427). Le capteur mécanique (42) pourra par exemple être un capteur de contact délivrant, en sortie un signal électrique tout ou rien ou un interrupteur mécanique.

Lorsque la pale arrive en butée sur ce capteur (42), le signal en sortie bascule, par exemple passe d'un état bas à un état haut. Ce signal électrique est transmis au variateur (7) par la liaison filaire (427) et, à sa réception, le variateur (7) stoppe l'alimentation du moteur (1) associé à la pale.

L'automate (16) reçoit également un signal de la part du variateur (7), via le bus de terrain (14), de façon à l'informer que la pale a franchi la limite normale de sa couse d'évolution. Il est à noter que le capteur (42) ne stoppe que la course de la pale associée à ce capteur (42) et n'a aucune influence sur la course des autres pales. lo Une fois stoppé par le capteur mécanique (42) " sur course ", le moteur (1) ne peut repartir, après le réarmement du capteur (42), qu'en sens inverse. La figure 2 présente un exemple de réalisation du schéma de 15 puissance du système. Par soucis de simplification, le système est présenté avec deux variateurs (7) mais cet exemple n'est nullement limitatif et reste valable quelque soit le nombre de variateur (7). Chaque système de commande-contrôle de l'angle de calage des pales est indépendant. L'avantage d'avoir des systèmes totalement 20 indépendants pour chacune des pales est que si l'un des systèmes tombe en panne il existe au moins un système capable d'amener une pale en position de sécurité. En effet, une seule pale, amenée en position de sécurité, est capable d'arrêter le rotor de l'éolienne. 25 Une particularité de l'invention est de pouvoir commuter le moteur (1) de chaque pale de l'hélice sur le réseau électrique (12) de façon à l'alimenter directement par le réseau électrique (12) en cas de dysfonctionnement ou d'arrêt de l'un des variateurs (7). Pour cela, en parallèle, avec le variateur (7), est connecté un circuit 30 comprenant un contacteur (8) électromécanique câblé entre le réseau électrique (12) et le moteur (1) asynchrone. Le contacteur électromécanique (8) est câblé sur le réseau (12) via une liaison électrique (128). Ainsi en actionnant ce contacteur (8) on ferme le circuit et le moteur (1) est directement alimenté par le réseau électrique (12), le variateur (7) étant court-circuité. Le système selon l'invention comprend également un autornate (16) dont un module contrôle la vitesse de rotation des pales. Ce module fait une acquisition, à intervalle régulier, du signal représentatif de la vitesse de chaque pale fournie par la roue codeuse (6) et un module comparateur de l'automate (16) compare ces signaux à une consigne donnée stockée, par exemple, dans une mémoire de l'automate (16). Cette consigne représente la valeur du signal électrique correspondant à la vitesse de rotation maximale admissible par les pales. Toute valeur du signal en sortie d'une roue codeuse (6) supérieure à cette consigne traduira une survitesse de la pale associée à 1s ladite roue codeuse (6) et sera interprétée par l'automate (16) comme un fonctionnement anormal du variateur (7) associé à la pale. Selon un autre exemple de réalisation l'éolienne comporte deux pales. Dans ce cas de figure, le module de l'automate (16) effectue deux tests. Un 20 premier test compare la vitesse de chaque pale à une consigne de seuil comme décrit précédemment et un second test compare la différence de vitesse entre les deux pales à une valeur seuil. Pour effectuer cette seconde opération, un module soustracteur va soustraire la valeur représentative *de la vitesse de chaque pale puis un comparateur va comparer le résultat 25 obtenu avec une seconde consigne de seuil. Cette seconde consigne qui pourra, par exemple, être stockée dans une mémoire de l'automate (16) représente la valeur du signal électrique correspondant à la différence de vitesse de rotation maximale admissible entre les deux pales. Dans le cas des éoliennes bipales, toute survitesse d'au moins une pale ou toute 30 différence de vitesse entre deux pales supérieure à un seuil prédéterminé 2956881 i0 sera interprété, par l'automate (16), comme un dysfonctionnement d'un variateur (7). Dès que l'automate (16) de l'éolienne détecte le dysfonctionnemént 5 d'au moins un variateur, il commute, de façon instantanée, le moteur (1) de chaque pale en mode "sécurité». Pour cela, l'automate (16) ferme chaque contacteur (8) électromécanique. Les moteurs (1) asynchrones sont ainsi directement branchés sur le réseau électrique (12). Chaque moteur (1) asynchrone se trouve commandé par un signal sinusoïdal de fréquence et w d'amplitude constante par exemple à une fréquence de 50Hz ou 60Hz, ce qui permet un déplacement à vitesse donnée constante des pales vers une position de sécurité dans laquelle les pales ont le moins de prise au vent. Cette position est obtenue en plaçant les pales dans une position sensiblement parallèle au sens du vent. Cette action est communément appelée " mise en drapeau des pales". Afin de cesser le mouvement, le capteur mécanique (42) est également câblé sur la bobine (80) du contacteur (8) électromécanique par une liaison filaire (428).

En cas de défaillance d'au moins un variateur (7) seul un ensemble électromécanique assure la mise en sécurité de l'éolienne. Le système part du principe que si un variateur (7) tombe en panne, les autres automates peuvent également être défaillants. Les différents variateurs (7) et le module entrées/sorties (15) déporté sont court-circuités. Le signal du capteur inductif (41) est ignoré et le capteur mécanique (42) assure seul la détection de la pale en position drapeau. Lorsque le capteur (42) commute, le signal de sortie est envoyé sur la bobine (80) du contacteur (8) électromécanique via la liaison filaire (428). Le signal émis par le capteur (41), coupe, par exemple l'alimentation de la bobine (80) du contacteur (8) électromécanique. Le circuit 2956881 Il de commande de la bobine (80) du contacteur (8) pourra être réalisé, par exemple et de façon non limitative, par un transistor monté en commutation. Cette fonction de commutation sur le réseau (12) permet de ramener les pales en drapeau en n'utilisant aucune fonction du variateur (7) et ainsi 5 d'arrêter l'hélice par simple frein aérodynamique. De façon avantageuse, la fermeture de chaque contacteur (8) sera commandée simultanément par une seule sortie de l'automate (16) par exemple, via une liaison électrique (168) câblée entre la bobine (80) du contacteur (8) électromécanique et l'automate (16). De même, cet automate 10 (16) pourra être, par exemple et de façon non limitative, placé au pied de l'éolienne facilitant ainsi son accès. De façon avantageuse, et afin d'éviter tout risque d'interférence entre le signal sinusoïdal du réseau (12) et la sortie moteur du variateur (7) ne fonctionnant plus correctement, la commande de fermeture de chaque 15 contacteur (8) pourra également commander simultanément l'arrêt <du fonctionnement de chaque variateur (7). Cette inhibition des variateurs (7) pourra par exemple être réalisée par un signal électrique envoyé sur une entrée spéciale "sécurité" présente sur chaque variateur (7). Un avantage de cette coupure électrique est une facilité de mise en oeuvre. 20 Un électro frein est également monté sur l'arbre de chaque moteur (1) asynchrone. Ce système est constitué d'un frein à disque solidaire de l'arbre du moteur (1) asynchrone et dont les mâchoires, initialement serrées hors tension, sont commandées par un électroaimant. Lorsque l'électroaimant est alimenté, les mâchoires se desserrent laissant la rotation libre. La coupure 25 de l'alimentation provoque le serrage des mâchoires sur le disque et donc l'immobilisation de l'arbre du moteur(1). Ce dispositif aussi appelé "frein à manque de courant». En fonctionnement normal, c'est-à-dire lorsque le variateur n'est pas défaillant, l'électroaimant du frein est alimenté par le variateur (7). Le variateur (7) pourra, par exemple et de façon non limitative, 2.956881 12 alimenter l'électroaimant du frein avec une tension de 24V pour desserrer les mâchoires du frein. La fermeture du contacteur (8), lors de la commutation des moteurs (1) sur le réseau, force également alimentation de l'électroaimant de chaque 5 frein de façon à ouvrir les mâchoires de frein des moteurs (1) de pitch. Cette commande se fait, quelles que soit les informations délivrées par le variateur (7) qui est supposé ne plus fonctionner. En effet, le variateur, en fonctionnement anormal, peut envoyer des informations erronées au moteur (1) mais aussi à l'électro frein. Cette opération a donc pour but de s'assurer lo que les mâchoires du frein soient bien ouvertes et ne viennent pas entraver le déplacement des pales vers une position de sécurité. Dans le cas où un contacteur (8) se fermerait au cours du mouvement, alors que le variateur (7) fonctionne correctement, le variateur associé est capable de reprendre le mouvement à la volée, une fois que l'automate (16) 15 aura annulé la commande de fermeture du contacteur (8). Un dispositif mécanique (17), comme par exemple et de façon non limitative un interrupteur à clef, est également présent sur l'éolienne. Ce dispositif (17) permet d'arrêter, par une action humaine, l'aérogénérateur 20 dans le cas où tous les systèmes de commande-contrôle de l'angle de calage des pales seraient en panne. Le rotor d'une éolienne dont tous les pitchs sont en panne tourne au fil du vent. En effet, l'éolienne n'étant plus capable d'amener au moins une pale en drapeau ne dispose plus d'aucun frein. Cet état ne conduit pas systématiquement à la destruction de 25 l'éolienne. En effet, si le vent faibli, le rotor ralentira. Dans le cas contraire, la survitesse de l'éolienne conduira à sa destruction. Le dispositif mécanique (17) est relié à chaque contacteur (8) électromécanique par exemple, par câblage direct via une liaison filaire (178). De façon avantageuse, le dispositif mécanique (17) est câblé sur la bobine (80) de chaque contacteur (8) électromécanique. Ce dispositif mécanique (17) permet d'envoyer un signal pour forcer la fermeture des contacteurs (8) électromécaniques et commuter les moteurs (1) sur le réseau (12) électrique. De façon avantageuse, le dispositif mécanique (17) peut être placé au 5 pied du mat de l'éolienne de façon à en faciliter l'accès. Dans le cas extrême où interviendrait simultanément une coupure du réseau (12) électrique et la panne de tous les variateurs, on pourrait prévoir, par exemple, une alimentation directe des moteurs (1) de chaque pale par un signal électrique périodique de fréquence constante issu d'un onduleur à 10 partir des batteries de l'éolienne. Selon une autre variante de réalisation, un groupe électrogène pourrait venir alimenter les moteurs (1) asynchrones. En référence à la figure 4, le système "interlock matériel» va maintenant être présenté. Afin de simplifier le schéma, le système est 15 présenté avec deux variateurs (7) mais cet exemple n'est nullement limitatif et reste valable pour toute configuration de système comprenant au moins un variateur (7), voire plusieurs variateurs (7). Selon l'invention, chaque variateur (7) possède une entrée et une sortie "mode urgence». Chacune de ces sorties est câblée directement par 20 exemple par une liaison unifilaire (70) sur l'entrée "mode urgence" d'un autre variateur (7) de façon à ce que chaque sortie "mode urgence" de chaque variateur (7) soit reliée à chaque entrée "mode urgence" de chaque variateur. Ainsi, dès qu'un variateur (7) passe en mode urgence, sa sortie "mode urgence" est activée et force les autres variateurs (7) en position 25 "mode urgence" en envoyant un signal électrique prédéterminé vers les entrées "mode urgence" des autres variateurs. En retour, à la réception de ce signal électrique chaque variateur réémet ce même signal en direction des entrées des autres variateurs (7) via leur sortie "mode urgence". Ainsi, si un variateur (7) passe en "mode urgence", tous les autres variateurs (7) basculent obligatoirement en "mode urgence", évitant ainsi toute discordance. Afin d'éviter un dialogue sans fin entre les variateurs et une boucle infinie, une temporisation est prévue sur le signal électrique de sortie de l'interlock. Pour cela, chaque variateur (7) possède une horloge interne capable de couper le signal de sortie au bout d'un temps prédéterminé. Lorsqu'un variateur (7) passe en "mode urgence" ce dernier se comporte comme un automate autonome et agit sans tenir compte des ordres qu'il reçoit des autres périphériques. Le variateur (7) émet un signal électrique en sortie de l'interlock et en direction des entrées "mode urgence" des autres variateurs (7) du système et commande le moteur (1) asynchrone associé de façon à amener la pale associée en position de sécurité. Le variateur (7) commande automatiquement le moteur (1) associé de façon à faire pivoter la pale associée vers la position de sécurité.

Le dispositif "d'interlock permanent" assure un dialogue permanent entre les différents variateurs (7). Ainsi, chaque variateur (7) est informé, en temps réel, de l'état des autres variateurs (7). Ce dispositif a pour but d'améliorer la sécurité du système de commande-contrôle de l'angle de calage des pales et donc de l'éolienne. II s'agit d'une redondance dans le système contrôle-commande afin d'éviter qu'une pale se mette en position d'arrêt et pas les autres. A titre d'exemple, et de façon non limitative, ce dialogue peut être réalisé par un signal électrique continu à la sortie "mode urgence" à l'état haut, lorsque le variateur (7) fonctionne correctement, et un signal à l'état bas lorsque un dysfonctionnement intervient sur le variateur (7). L'idée est que si un problème intervient sur une des pales et que cette dernière est immobilisée dans une position quelconque, les autres pales doivent être en mesure de se mettre en position de sécurité, au plus tôt, de façon à pouvoir stopper la machine. En effet, la machine peut être stoppée en déplaçant seulement une pale quelle que soit la position des autres pales.

En référence à la figure 2, chaque variateur (7) est relié à un bus de terrain (14) d'automate. Ce bus de terrain (14) peut, par exemple être un bus de type profibus. L'automate (16) et un module déporté entrée/sortie (15) de l'automate (16) sont également câblés sur le bus de terrain (14) de façon à pouvoir communiquer avec l'automate (16). Ainsi, l'automate (16) est informé en tout moment sur l'état des variateurs (7). Une éolienne nécessite des phases de maintenance régulières. io Durant ces phases d'entretien, les techniciens doivent être en mesure d'opérer en toute sécurité. Une grande difficulté des systèmes de commande de l'angle de calage des pales est leur maintenance. En effet, ces systèmes tendent à tout moment de ramener les pales en position de sécurité, en position drapeau. De ce fait, lorsqu'une pale est bloquée en une position 15 autre que la position drapeau, par exemple suite à un incident, il est très dangereux pour un technicien d'intervenir sur le rotor s'il n'est pas certain que le pitch ne pourra jamais être réalimenté. Selon la présente invention, chaque variateur (7) possède une fonction d'inhibition commandée par une entrée dite "d'inhibition". Pour 20 chaque pale, un commutateur (13) mécanique est câblé, via une liaison électrique (137), sur l'entrée "d'inhibition" du variateur (7) qui commande le moteur (1) asynchrone du pitch. Ce commutateur (13) mécanique dit "commutateur de maintenance" permet d'inhiber le variateur (7) et ainsi interdire toute commande de mouvement de la pale de la part du variateur 25 (7). Selon un mode de réalisation, un signal dédié, par exemple et de façon non limitative, un signal électrique continu, alimente chaque entrée d'inhibition de chaque variateur (7) permettant le fonctionnement desdits variateurs en mode non inhibé. Chaque commutateur (13) mécanique est 30 câblé de façon à pouvoir couper le signal dédié et ainsi désactiver l'entrée d'inhibition. Ce commutateur (13) pourra, par exemple, être commandé par une clef pour chaque variateur (7), que l'opérateur actionnera depuis le bas du mat ou à l'entrée du moyeu de l'hélice avant d'intervenir sur l'éolienne. L'inhibition des variateurs (7) correspond à une coupure de sécurité des circuits de commande des éléments de commutation de l'étage de sortie des variateurs (7). Selon un mode de réalisation, les éléments de commutation de l'étage de sortie des variateurs (7) sont des transistors de type I.G.B.T. (Insulated Gate Bipolar Transistor ou transistor bipolaire à porte isolée).

Le commutateur (13) de maintenance, en désactivant l'entrée d'inhibition du variateur (7) associé, inhibe également, par câblage direct, la fonction de commutation sur le réseau. Une liaison électrique (138) relie le commutateur de maintenance (13) à la bobine (80) du contacteur (8) électromécanique associé. Ainsi en actionnant le commutateur (13) de maintenance, l'opérateur bloque la bobine (80) du contacteur (8). Ce blocage pourra être obtenu, par exemple et de façon non limitative, par un transistor monté en commutation en série sur la bobine (80) du contacteur (8). Cette inhibition du contacteur (8) électromécanique à pour but d'interdire toute commutation sur le réseau électrique (12) des moteurs de pitch pendant la phase de maintenance. Selon une particularité de l'invention, le système comprend *un commutateur (13) de maintenance par pale. Ceci a pour but d'éviter de bloquer le mouvement de toutes les pales en cas de défaillance d'un des commutateurs (13) de maintenance. En effet, en fonctionnement normal, chaque variateur (7) doit pouvoir commander le moteur (1) du pitch de façon à déplacer chaque pale associée. Supposons que le système ne comprenne qu'un seul commutateur (13) de maintenance apte à inhiber tous les variateurs (7). Si le commutateur (13) de maintenance passe en mode maintenance de façon intempestive alors que le rotor tourne, ce dernier, en inhibant chaque variateur (7) et chaque bobine (80) de contacteur (8) électromécanique, interdit de déplacer toutes les pales. L'éolienne se retrouverait sans dispositif de freinage ce qui pourrait conduire à la destruction de l'éolienne en cas, par exemple, de survitesse des pales. Afin d'éviter cette situation, la présente invention propose un commutateur (13) de maintenance par pale. Ainsi la probabilité d'avoir tous les commutateurs en panne en même temps est très faible. Durant la phase de maintenance, le technicien, lorsqu'il est dans le rotor, peut avoir besoin de déplacer lentement les pales, par exemple pour pouvoir graisser la couronne dentée (4). Afin d'effectuer cette opération, la io présente invention propose une télécommande à brancher par exemple sur une prise dédiée du coffret électrique du variateur (7) associé à la pale que l'opérateur souhaite déplacer. De façon avantageuse, pour plus de sécurité, le système ne possèdera qu'une seule télécommande de façon à être certain de ne déplacer qu'une seule pale en même temps. 15 Cette télécommande pourra, par exemple et de façon non limitative, comprendre deux boutons poussoirs, un pour effectuer un déplacement lent de la pale dans le sens horaire et un autre pour effectuer un déplacement dans le sens anti horaire. Bien entendu des moyens de commande différents pourront être disposés sur la télécommande comme par exemple et de façon 20 non limitative un seul bouton rotatif. De façon à sécuriser la commande, chaque moyen de commande de la télécommande possèdera une sécurité dite "homme mort" c'est-à-dire que tant que le bouton sera maintenu appuyé, le moteur (1) fonctionnera et dès que le bouton sera relâché, il s'arrêtera. En actionnant la télécommande, l'opérateur désinhibera de façon 25 temporaire, les fonctions qu'il avait inhibées sur la pale à l'aide du commutateur (13) de maintenance. On obtient ainsi un système sur et d'ergonomie très simple pour assurer la maintenance en toute sécurité.

Le système de commande-contrôle de l'angle de calage des pales de l'invention est également raccordé à plusieurs batteries. Ces batteries permettent, par exemple, d'arrêter le système en cas de dysfonctionnement ou de vent violent, lorsque l'éolienne n'est plus raccordée au réseau ou lorsque le réseau est trop faible. Les batteries utilisées, dans la présente invention, sont du type batteries au plomb. Un des avantages de ce type de batterie est leur coût réduit mais leur problème est le nombre de cycle de charge/décharge réduit. Selon l'invention, les batteries de l'éolienne sont réparties en deux io parcs. Bien entendu, cette répartition n'est nullement limitative et on peut prévoir un nombre supérieur de parc de batteries. Un premier parc est situé dans les pales de l'hélice et se compose d'au moins une batterie (9) de sauvegarde par pale. Un second parc est situé de façon avantageuse dans le mat au pied de l'éolienne. De façon avantageuse, le second parc de 15 batterie est composé de batteries de plus forte capacité qui s'usent donc moins vite et possèdent un nombre de cycle charge/décharge plus important. De plus, du fait de son emplacement, ce parc est plus facile d'accès et donc plus facile à entretenir et plus facile à changer le cas échéant. A l'inverse, les batteries (9) de sauvegarde situées dans les pales du rotor sont de taille plus 20 réduite et donc de plus faible capacité et plus difficiles d'accès. Leur coût de maintenance est donc plus élevé. Ces batteries (9) sont des éléments clef du système de sécurité du pitch puisque ce sont les seuls éléments capables de fournir l'énergie nécessaire pour stopper la machine en cas de coupure du réseau électrique (12). Le parc de batteries de plus 25 forte capacité est une redondance pour l'alimentation du contrôle commande du pitch. En référence à la figure 2, pour chaque pale, un contacteur statique (11) est connecté entre le variateur (7) par exemple par une liaison électrique (117) et la batterie (9) de sauvegarde présente dans la pale, par exemple par 30 une liaison électrique (119).

L'ouverture du contacteur statique (11) permet de déconnecter les batteries (9) de sauvegarde du système après que l'automate (16) ait détecté une coupure réseau (12) et une fois l'éolienne arrêtée ou après l'arrêt de la machine lorsque les pitchs ont conduits les pales en position drapeau. On évite ainsi de décharger inutilement les batteries (9) de sauvegarde par la consommation du système de contrôle-commande à l'arrêt. On évite également le cyclage des batteries (9) de sauvegarde et augmente ainsi leur durée de vie. Afin d'éviter toute coupure intempestive, deux entrées du contacteur (11) statique devront être activées pour ouvrir ou fermer ce contacteur (11). Une entrée sera commandée par l'automate (16) principal de l'éolienne par exemple, par l'intermédiaire d'une liaison électrique (161) entre l'automate et le contacteur (11). Une autre entrée sera commandée par le variateur (7) de la pale associée à la batterie (9) de sauvegarde par exemple par l'intermédiaire d'une liaison électrique (71) entre une sortie du variateur (7) et la seconde entrée du contacteur (11). Ainsi, si le variateur (7) ou l'automate (16) décide de ne pas déconnecter les batteries (9) de sauvegarde du réseau électrique (12), elles resteront sous tension. Par défaut, les batteries (9) de sauvegarde sont sous tension.

En cas de coupure du réseau (12), l'automate (16) de l'éolienne place les pales de l'hélice en position de sécurité en alimentant chaque variateur (7) avec l'énergie des batteries (9) de sauvegarde. Une fois que l'éolienne est à l'arrêt, les contacteurs statiques (11) de chaque batterie (9) de sauvegarde sont ouverts de façon à isoler le parc de batteries (9) des paies du réseau électrique (12). L'alimentation du système de commande contrôle du pitch sera assuré par le parc de batteries de plus forte capacité. Lorsque l'automate (16) place les pales en position de sécurité, suite à une coupure du réseau électrique (12), le commutateur (8) ne sera pas fermé de façon à ne pas court-circuiter le variateur (7).

Lorsque l'automate (16) détecte le retour de l'alimentation du réseau électrique (12), le signal de sortie de l'automate (16) activant l'entrée du contacteur (11) est coupé. De même, le signal de sortie du variateur (7) est également coupé. Les deux signaux d'entrée du contacteur (11) statique étant coupés, ledit contacteur (11) se referme, remettant les batteries (9) des pales sous tension. De façon à garantir le bon fonctionnement du système, les différentes batteries de l'éolienne sont régulièrement contrôlées. io Un suivi de la charge d'entretien des batteries (9) de sauvegarde est effectué en temps réel. Le courant de charge de chaque batterie (9) est vérifié de façon permanente et est comparé à deux seuils de courant. Le calcul pourra se faire, par exemple, en calculant l'énergie débitée par le chargeur de batterie (10) à laquelle on aura appliqué un coefficient de 15 rendement. La batterie (9) étant réputée chargée, un courant inférieur à un seuil minimum ou supérieur à un seuil maximum, pendant la charge d'entretien, traduira un défaut de charge. La batterie (9) sera alors déclarée défectueuse. De façon avantageuse, un second test concernant la capacité des 20 batteries (9) de sauvegarde à alimenter les variateurs (7) est effectué. De façon régulière, par exemple une fois par semaine, un test automatique va commander à chaque variateur (7) des mouvements rapides de la pale associée avec pour seul alimentation la batterie (9) de pale. Lors de ce test la chute de tension aux bornes de la batterie (9) sera mesurée. Si durant ces 25 mouvements, cette chute de tension s'éloigne des tolérances prédéfinies, la batterie (9) sera jugée défectueuse et donc à remplacer. De façon analogue, ces mêmes tests seront réalisés régulièrement sur le parc de batteries de forte capacité afin de vérifier son état.

Il doit être évident pour les personnes versées dans l'art que la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans l'éloigner du domaine d'application de l'invention comme revendiqué. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, mais peuvent être modifiés dans le domaine défini par la portée des revendications jointes, et l'invention ne doit pas être limitée aux détails donnés ci-dessus.

Claims (5)

1. REVENDICATIONS1. Systèftie de Côtriffiandercentrôle de Fangle de Calage REVENDICATIONS1. Systèftie de Côtriffiandercentrôle de Fangle de Calage des pater d'une éolienne branchée sur le rameau élet (tZ comprenant un automate (IO) et pour chaque - un actionneur de pale apte à modifier le pas de ladite pale comprenant au moins un moteur (1) a nc ne, un variateur (7) Côtelé audit moteur asynchrone et branché sur ledit réseau éleeque (12), lo un codeur (Q) apte à mesurer la vitesse de rotation de ladite pale aùtôurde son axe' longitudinal, caractérisé en ce Pour chaque pale- un contacteur (a) électromécanique monté en parallèle sur le variateur (7) et commandé par' l'automate (16) de l'éolienne 15 est apte à CoUrt-circuiter ledit variateur (7)" dg façon à commuter le-moteur (1) sur ledit réseau électrique (1`2) pour l'alimente directement par ledit réseau (12) - et en oe la fe eturé du contacteur (8) est arrangée pour .que également arrêter le-fonctionnement dudit variateur (7). 20
2. 2. Système selon la reendication 1càràetérisé_ en ce que là commande de chaque contacteur (8) , fait de façon simultanée par .une seule sortie de l'automate de retentie
3. 3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que _lorsque [sa moteurs (t) Sont alimenté& par le réseau (12), un capteur 25 mécanique (42) est apte à ouvrir chaque contacteur (8) électromécanique lorsqu'il détecte que chaque pale est dans une position sensiblement parallèle au sens du vent _ , .
4. 4. Système selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'éolienne possède un dispositif mécanique (17), relié a au moins un contacteur (8) «t,. eeetromeoanique, apte e. commander la fermeture d'au moins: un contacteur (8) électromeeanrque et commuter au moins un moteur (mot) asynchrone sur le réseau életriee
5. 5. Système selon bilé des réven Ica - ms 1 4 caractérise en ce que _ l'automate est apte à ouvrir le contacter (8) à la volée si ledit contacteur (8) est fermé en_ cours de mouvement alors que_ le variateur (7) fonctionne Éreéterriet. système selon une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que l'automate (16) de l'éolienne actionne chaque contacteur (8) de commutation surie réseau électrique (12), de façon instantanée, dès qu'une roue codeuse (6) mesure une vitesse .de, reaten d'une pale, autour de son -axe longitudinal, supérieure à une consigne mémorisée par ledit automate (16). 7. Système sel.:o une des revendications .1 à 6, -caractérisé en ce que _chaque variateur (7) posté-dé Une entrée- spéciale et une sortie spéciale, ladite sortie spéciale de. chaque variateur (7) étant câblée directement à ladite entrée spéciale de chaque variateur «D 8. Système selon ta revendication 7, caractérisé en .ce que le variateur (D est apte à amener automatiquement la pale associée en position de sécurité à la réception d'un, signai électrique prédéterminé te l'entrée spéciale: dudit variateur (7) en provenande de la sortie spéciale d'au moins mitré variateur (7)..et apte à transmettre simultanément ce mems signal prédéterminé -à rentrée spéciale des autres variateurs (7) via la sortie spéciale. 9. Système selon une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chaque variateur (7) possède une entrée, dite d'Inhibition, ladite entrée d'inhibitien étant arrangée pour couper la. PPmmande des commutateurs de. l'étage de sortie dudit variateur (7) à la réception d'un signal électrique Prédéterminé et rétablir la commande des commutateurs de rétage de sortie . dudit variateur (7) à la suPPression de ce. signal électrique.10. Système selon une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le système comprend, pour chaque pale, un commutateur (13) mécanique différent, câblé à une entrée d'inhibition du variateur (7) associé à la pale, arrangé pour émettre un signal sur ladite entrée d'inhibition apte à couper ou s rétablir la commande des commutateurs de l'étage de sortie dudit variateur (7) associé à la pale. 11. Système selon une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le variateur (7) de chaque pale possède une entrée apte à recevoir un signal de l'automate (16) ou directement d'une télécommande arrangé pour lo entrainer lentement la pale associée audit variateur (7) en rotation autour de son axe longitudinal. 12. Système selon une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'automate (16) est apte à alimenter chaque variateur (7) de façon à faire pivoter chaque pale dans une direction sensiblement parallèle au sens du 15 vent grâce à l'énergie de la batterie (9) de sauvegarde associée à chaque variateur (7), sans fermer les contacteurs(8) électromécaniques de commutation sur le réseau, dès que ledit automate (16) détecte une coupure du réseau électrique (12). 13. Système selon une des revendications 1 à 12, caractérisé en 'ce 20 que le système comprend un contacteur statique (11) commandé par l'automate (16), connecté entre chacune des batteries (9) de sauvegarde et le variateur (7) associé, ledit contacteur statique (11) étant apte à déconnecter ladite batterie (9) de sauvegarde du système. 14.Télécommande apte à être connectée directement ou indirectement 25 à un variateur (7) selon la revendication 11, caractérisée en ce que ladite télécommande comprend au moins un moyen de commande arrangé pour actionner la pale associée audit variateur (7) suivant un axe de rotation longitudinal par rapport à l'axe de ladite pale et au moins dans un sens de rotation.15.Télécommande suivant la revendication 14, caractérisée en ce que le moyen de commande est arrangé pour désactiver le variateur (7) associé lorsque ledit moyen de commande est relâché. 16.Eolienne de type aérogénérateur caractérisée en ce qu'elle 5 comprend un système de commande-contrôle de l'angle de calage des pales selon une des revendications 1 à 13.