1

Chapitre 40

2

Chapitre 40. Machines synchrones triphasées.

Constitution.

Stator.

Rotor.

Fonctionnement en alternateur (génératrice).

Avantages et inconvénients.

3

Les machines synchronesChapitre 40

4

Chapitre 40

5

stator

6

Enroulement turbo-alternateur 825 MVA, 20 kV

7

Le rotor

8

Rotor d’alternateur de 4472 MVA

9

Chapitre 40

10

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Chapitre 40

11

' Chapitre 40

12

Machines SYNCHRONES Triphasées

ΩΩΩΩs

13

Machines SYNCHRONES Triphasées

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14

Machines SYNCHRONES Triphasées

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15

Machines SYNCHRONES Triphasées

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16

Machines SYNCHRONES Triphasées

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17

Machines SYNCHRONES Triphasées

(!('

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18

Machines SYNCHRONES Triphasées

,

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+

19

Machines SYNCHRONES Triphasées

Les bobinages rotoriques . . .

. . . sont alimentés en courant continu . . .

ROTOR

. . . par l’intermédiaire de 2 bagues . . .

. . . sur lesquelles frottent 2 balais reliés à la source de

tension extérieure

+-

,

20

Avantages

La machine synchrone est plus facile à réaliser et plus robuste que le moteur à courantcontinu

Son rendement est proche de 99%.

On peut régler son facteur de puissance cosphi en modifiant le courant d’excitation J

Inconvénients

Un moteur auxiliaire de démarrage est souvent nécessaire.

Il faut une excitation, c’est-à-dire une deuxième source d’énergie.

Si le couple résistant dépasse une certaine limite, le moteur décroche et s’arrête.

Chapitre 40 )-

21

!"

Chapitre 41

).

22

Machines SYNCHRONES Triphasées

Les équations générales de fonctionnementde la machine synchrone peuvent s’écrire sous la forme:

en MoteurR est la résistance du Stator,X est la réactance synchrone

E

X R

Schéma équivalent à une phase de la machine

V

I

V =E +RI +jXI

Chapitre 41)/

23

Machines SYNCHRONES Triphasées

Les équations générales de fonctionnementde la machine synchrone peuvent s’écrire sous la forme:

en Alternateur

R est la résistance du Stator,X est la réactance synchrone

V =E -RI -jXI

E

X R

V

ISchéma équivalent à une phase de la machine

Chapitre 41)

24

Machines SYNCHRONES Triphasées

E

LωR

Excitation de la machine synchrone

V

J

E

LωR

Excitation de la machine synchrone

V

J

Chapitre 41

25

Machines SYNCHRONES Triphasées

Etude en Alternateur

E = V + RI + j.X.I = V + ZI

VI RI

jXI

E

V =E -RI –jXI

0 !

)(

26

Machines SYNCHRONES Triphasées

V

IRI

jXI

E

Z I

A

p

q

P

Q

C

O

B

LECTURE DES PUISSANCES SUR LES DIAGRAMMES DES TENSIONS

ϕ

γ

-,-=∧

ϕ

Chapitre 41)

27

Machines SYNCHRONES Triphasées

en Triphasé,P = 3 V I cosQ = 3 V I sin

dans le triangle APC,

cos = [ AP ] [ AC ] = [ AP ] Z I

sin = [ PC ] [ AC ] = [ AQ ] Z I

Conclusion :

P = 3 [ AP ] Q = 3 [ AQ ]V

Z

V

Z

Les segments AP et AQ représentent à un coefficient près ( 3 V / Z ), la puissance active P et la puissance réactive Q de la machine

VI

E

A

p

q

P

Q

C

O

B

Chapitre 41))

28

Machines SYNCHRONES Triphasées

V

E

A

p

q

P

Q

C

O

B

d’où la simplification du schéma . . .

dans une machine synchrone, on a toujours R <<< X

si l’on admet R ≅≅≅≅ 0 , alors, et Z I = X I/

πγ =

I

= Arc tan BC / AB = Arc tan X / Rγ

Chapitre 41

29

Machines SYNCHRONES Triphasées

V

ZI

I

E

O

A

CP

Q

Chapitre 41)*

30

Machines SYNCHRONES Triphasées Chapitre 41)+

V

ZI

I

E

O

A

CP

Q

ALTERNATEURALTERNATEUR

P > 0Q < 0

P > 0Q > 0

P < 0Q < 0

MOTEUR MOTEUR

P < 0Q > 0

31

Zone III

Zone II Zone I

Machines SYNCHRONES Triphasées

V

ZI

I

E

O

A

CP

Q

Zone IV

Chapitre 41

32

Machines SYNCHRONES Triphasées

V

Z.I

I

E

O A

CP

Q

1er Cas

C est dans la Zone I

P > 0Q > 0

C’est un ALTERNATEUR SYNCHRONEqui fournit une Puissance Active P au réseau

qui fournit une Puissance Réactive Q au réseau

33

Machines SYNCHRONES Triphasées

V

Z.IIE

O A

CP

Q

2ème Cas

C est dans la Zone II

P > 0Q < 0

C’est un ALTERNATEUR SYNCHRONEqui fournit une Puissance Active P au réseau

qui consomme une Puissance Réactive Q au réseau

34

Machines SYNCHRONES Triphasées

V

Z.I

I

E

O A

C P

Q

3ème Cas

C est dans la Zone III

P < 0Q < 0

C’est un MOTEUR SYNCHRONEqui consomme une Puissance Active P au réseau

qui consomme une Puissance Réactive Q au réseau

35

Machines SYNCHRONES Triphasées

V

Z.II

E

O A

CP

Q

4ème Cas

C est dans la Zone IV

P < 0Q > 0

C’est un MOTEUR SYNCHRONEqui consomme une Puissance Active P au réseau

qui fournit une Puissance Réactive Q au réseau

36

P = 3 sin V E

X

Machines SYNCHRONES Triphasées

Expression du Couple

V

Z.I

I

E

OA

CP

Q

= angle polaire

[ AP ] = E sin

P = 3 [ AP ] V

ZZ = X ( R 0 )

C = 3 sin V E

X

Chapitre 41),

37

Machines SYNCHRONES Triphasées

Expression du CoupleC = 3 sin

V E

X

V = tensionE = fem créée par la roue polaire

E = f ( ) = f ( j ) j courant polaireX = réactance synchrone = Cte

= S = Cte

à tension et fréquence constante, alors :

C = f ( sin )

Chapitre 41*-

38

CMachines SYNCHRONES Triphasées

> 0

ALTERNATEUR

< 0

MOTEUR

Zone de stabilité

Chapitre 41*.

39

Machines SYNCHRONES Triphasées QCM

1. Qu'est-ce qu'un alternateur ?

2. Comment un alternateur est-il constitué ?

3. Comment le courant d'excitation d'un alternateur est-il produit ?

4. De quoi la fréquence produite par un alternateur dépend-elle ?

5. De quoi la FEM produite par un alternateur dépend-elle ?

6. Quelle grandeur doit-on modifier pour faire varier cette FEM ?

*/