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MACHINE SYNCHRONE

1. INTRODUCTION Elle peut fonctionner en gnratrice (alternateur) fournissant ainsi du courant alternatif ou en moteur

dont la frquence est impose par celle des circuits alimentant linduit.

Symbole :

Exemple de prsentation :

2. DESCRIPTION

La machine comporte deux parties principales : linducteur (rotor) et linduit (stator). - linducteur : peut tre aimants permanents ou un lectroaimant parcouru par un courant continu soit laide dun systme de bagues et balais ce qui ncessite une source de tension continue externe ou par le biais dun systme dexcitation interne utilisant des diodes tournantes (auto excitation) . - linduit : dispos au stator. Il comporte des enroulements parcourus par des courants alternatifs

Inducteur : souvent port par le rotor, il est appel roue polaire, il cre un champ tournant dans lentrefer de la machine, ce champ est rpartition sinusodale.

= =

=

~

MS ~

=

MS 3~

~

MS ~

MS 3~

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bipolaire (p = 1) ples lisses tetraplaire ou quadripolaire (p = 2) ples saillants

Le rotor peut tre ples lisses ou ples saillants, le premier tant utilis pour les machines de forte puissance et frquence lev( f= 50 ou 60 Hz), le second permet de travailler des vitesses plus petites en augmentant le nombre de ples( facile installer) Le champ rotorique cre saligne sur le champ statorique : les deux champs tournent la mme vitesse n=ns

INDUIT :

Il est dispos sur le stator, il peut tre monophas ou triphas. Le bobinage est pratiqu tel que la machine comporte un certain nombre de ples pour lequel elle est cense fonctionner.

Machine multipolaire : le dcalage entre bobine est de : 360/3p

Exemple : p = 2 => 60 de dcalage

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Composition des champs magntiques

3. FONCTIONNEMENT EN ALTERNATEUR 3.1) f.e.m Le rotor entran par un moteur thermique ou turbine par exemple, cre un champ magntique rpartition sinusodale dans les bobines du stator. Il en rsulte une force lectromotrice E quon peut exprimer ainsi : = ... NfKE avec : flux maximal sous un ple en weber wb f : frquence des courants en Hz N : nombre de conducteurs par phase (par enroulement) K : coefficient de Kapp tient compte des caractristiques technique de la machine dfaut on prend k =2,2 On rappelle que npf .= n : vitesse de rotation en tr/s et p : nombre de paire de ples.

3.2) Caractristiques A vide : E = f(ie)

BS (stator)

Br (rotor)

Brsultant Les champ de linuit et de linducteur interagissent . ils sont tous les deux rpartition sinusodales et se combinent pour donner le champ rsultant

induit

GS 3 ~

ou 1

2

3

N

V0

U0

: E0 = 30U

=V0

: E0 = U0

Inducteur

Moteur dentranement

ue

ie

n tr/s

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En charge : V = f( I) n =cte et ie =cte.

E0 (V)

ie

E0 = f(ie) n tr/s = constante Deux zones : zone linaire et zone

de saturation Or

= ... NfKE = .... pnNK Si la vitesse n est constante on

peut crire = .kE et le flux dpend du courant dexcitation ie

Inducteur

Moteur dentranement

ue

ie

n tr/s

GS 3 ~

ou 1

2

3

N

V

U Charge

rglable

La tension varie beaucoup en fonction du courant (I) et la nature de la charge ()

= 0 charge rsistive

> 0 charge inductive

A vitesse n constante et ie constant

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3.3) Modle dun enroulement de lalternateur

E et L sont des grandeurs fictives , seule la rsistance R de lenroulement est mesurable. E : dite f.e.m synchrone est due au flux provenant de linducteur X : dite ractance synchrone est en rapport avec le flux embrass au stator. Du schma ci-dessus on en dduit la relation :

= JRJjLEV . mais R est trs souvent nglige soit :

= JjLEV . ou encore :

= JjXEV .

Avec cette hypothse (R nglige), on trace le diagramme de Fresnel dit galement diagramme synchrone correspondant :

Dtermination des lments du modle :

Cercle de rayon E

X.J = UL E

V

J

: dphasage entre V et J

: Angle de dcalage interne (angle entre B statorique et B rotorique

X.J = UL E

V

J

R j L= j X

V

E

J Attention ici J dsigne le courant qui traverse un enroulement. Si couplage toile IJ =

Si couplage triangle :

3IJ =

Enroulements du stator en court-circuit

Inducteur

Moteur dentranement

ue

ie

n tr/s

GS 3 ~

A Jcc

Induit

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3.4) bilan de puissances et rendement

Puissance mcanique reu par lalternateur PM = T. Puissance restitue sous forme lectrique par lalternateur : P = 3 .U.I.cos

Pertes par effet Joule : - Inducteur ou roue polaire : ue.ie = r.(ie2) = Pje

- Induit : Pjs =3.R.I2 si toile et 3RJ2 si triangle

Ou 23

.Ra.(I2) Ra : Rsistance entre deux bornes du stator. (rsistance apparente)

Puissance mcanique absorbe : PM = 3 .U.I.cos + Pjs + Pje + pfer + pmec

Rendement mcferjejsa

u

ppPPIUIU

PP

++++==

cos..3cos..3

4. FONTIONNEMENT EN MOTEUR SYNCHRONE

4.1) I l entrane des charges une vitesse n impose par la frquence f des courants sinusodaux qui alimentent linduit

pf

n =

4.2) moment du couple lectromagntique

n

Pn

PT aemem

..2..2 pipi= =

n

IU..2cos..3

pi

On nglige les pertes

ie

E

Jcc

Jcc1

E1

XXRZ += )( 22 si on nglige R

XJEZcc

= ) pour le mme ie ie doit tre choisi dans la zone linaire

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4.3) modle dun enroulement du moteur synchrone

4.4) Rendement du moteur synchrone

cos..3

cos..3IU

ppPPIUPP mcferjejs

a

u

==

4.5) Dmarrage du moteur synchrone

Il ny a pas de couple de dmarrage. En le reliant au rseau, il faut quil y ait une vitesse voisine du synchronisme, une f.e.m et un ordre de phase correct. On peut dmarrer en asynchrone ou laide dun moteur auxiliaire qui entrane le rotor jusqu la frquence de synchronisme fs , puis on alimente linducteur avec du courant continu et on ajuste la vitesse fs les procds voqus seffectuent vide.

4.6) couple de dcrochage

XE

n

Vn

VJn

UITem

pipi

pi

sin23

2cos3

2cos3

=== On nglige les pertes

Tem est max quand sin =1 => = 90 ou 2pi

rad au-del de cet angle il y a dcrochage ; donc le

fonctionnement est stable quand < 90

4.7) Avantages et inconvnients du moteur synchrone. Avantage : Moteur pouvant avoir des puissances leves, des vitesses bien constantes, un facteur de puissance voisin de lunit et un rendement excellent. Inconvnient : dmarrage non spontan, il faut une excitation et il y a un risque de dcrochage.

j L= j X

R nglige

J

E

V

+= JjXEV .

EXJ

V

J

Attention ici J dsigne le courant qui traverse un enroulement

Si couplage toile IJ = Si couplage triangle : 3

IJ =