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Converter for Stirling engine linear alternator

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Le but du projet COSTELA est de développer un convertisseur pour le contrôle d’une génératrice linéaire couplée à un moteur Stirling, lui aussi linéaire, développé par l'entreprise Rudolf Schmid AG, permettant un couplage chaleur-force et l’injection directe au réseau.

Le moteur Stirling ne pouvant démarrer de manière spontanée, il est nécessaire de l’entraîner jusqu’à ce que le cycle thermique s’établisse avant d’inverser le flux d’énergie. Le moteur Stirling oscille à une fréquence fixe, différente de celle du réseau. Etant donné le couplage direct entre le moteur Stirling et la génératrice, la solution la plus simple pour initier le cycle thermique consiste à utiliser la génératrice en moteur au démarrage. Le retour au mode générateur s’effectue de manière automatique, grâce au système de régulation adopté. Pour des raisons de rendement, le choix de la génératrice linéaire s’est porté sur une solution à aimants permanents. Cette solution à flux fixe ne permet pas d’adapter la tension induite à la tension du réseau qui peut fluctuer fortement.

Les contraintes précitées imposent le développement d’un convertisseur bidirectionnel deux étages AC/AC. L’ordre de puissance de la génératrice monophasée est de 2kW, ce qui permet d’adopter une connexion au réseau monophasé.

Le prototype développé et construit affiche 2kW nominal (3kW max) et utilise deux étages en demi-pont à 3 niveaux identiques. Il permet l’utilisation des composants 600V performants et bon marché, ce qui rend ce convertisseur compétitif face au classique montage en pont (H4).

Le convertisseur mis à disposition de l’entreprise Rudolf Schmid AG remplace une installation passive non sécurisée nécessitant une attention élevée des opérateurs. Il offre un outil de travail et de développement facile à utiliser et riche en informations, permettant l’acquisition rapide et confortable des principaux paramètres de fonctionnement. Le rendement mesuré sur prototype est excellent: 97.5% pour un étage de conversion, pour une puissance de 2kW (puissance nominale de la génératrice). Ceci laisse augurer un rendement global de 95% pour un convertisseur bidirectionnel.

Ces valeurs sont confirmées par les premiers tests sur site. Il a été immédiatement possible d’absorber une puissance mécanique de 1000 Watts et d’injecter directement dans le réseau environ 940 Watts. La stabilité du système est assurée et permet un réglage précis de l’amplitude de la course mécanique.


Machine Stirling et génératrice linéaire