Convertir Machine Synchrone

7/31/2019 Convertir Machine Synchrone

1/5

SI - Convertir Machine synchrone page 1/5 Classe : 2 STE

FONCTION CONVERTIR : MACHINE SYNCHRONE

I. AlternateurLa machine synchrone est un convertisseur rversible. Elle peut fonctionner soit en gnratrice soit en

moteur. Lorsqu'elle fonctionne en gnratrice, la machine synchrone prend le nom d'alternateur.

I.1. Organisation simplifie de lalternateur

Lalternateur comprend deux parties principales :-Linducteur, constitu dlectroaimants parcourus par un courant continu, ou parfois simplement

constitu daimants permanents (port par le rotor).

-Linduit, constitu denroulements monophass ou triphass (port par le stator)

Symbole normalis

I.1.1. Inducteur (port par le rotor)

- Rotor ples saillantsTournant moins vite, et de ce fait fournissant moins de puissance, il est utilis dans les centrales hydrauliques

et les groupes lectrognes.

I.1.2. Induit (port par le stator)

I.2. Caractristiques de lalternateur

I.2.1. Frquence des f..m. induitesLes enroulements de linduit sont soumis un champ magntique tournant la frquence n dite frquence

de synchronisme.

Il apparat donc aux bornes des enroulements de linduit des f..m. induites de frquence f telles que :

avec

Rotor ples lisses

p = 1

N

S

Rotor ples saillants

p = 2

NN

S

S

Induit

Inducteur

GS

3~

GS

3~

Il a pour rle de crer un champ magntique tournant

laide dun rotor magntisant mis en rotation.

Linducteur comporte 2.p ples (p : paires de ples).

Il existe 2 types dinducteurs :

- Rotor ples lisses

Trs robuste, il permet dobtenir des frquences derotation leves (> 3000 tr/min).

Il est utilis dans les centrales thermiques et les

centrales nuclaires.

Constitu de trois groupes de conducteurs logs dans des encoches

formant trois circuits (un pour chaque phase) dcals les uns desautres dun angle convenable (120) et fournissant de ce fait des

courants triphass.

f = p.np : nombre de paires de ples

n : frquence de rotation du champ tournantf : frquence des f..m. induites


2/5


I.2.2. Valeur efficace de la f..m. induite par un enroulementChaque enroulement gnre une f..m. induite e = - NS d/dt, dont la valeur efficace sexprime :

I.2.3. Couplage des alternateurs triphassLa f..m. induite dfinie prcdemment est gnre par chacun des enroulements. La formule prcdente

donne donc la valeur efficace d'une tension simple si les enroulements sont coupls en toile, et la valeur

d'une tension compose s'ils sont coupls en triangle.

Exemple : A vide, si E = 230 V

Couplage en toile Couplage en triangle

I.2.4. Excitation des alternateursLorsque lalternateur est aimants permanents, il na pas besoin dtre excit.

Lorsque linducteur est constitu dlectro-aimants, ils doivent tre traverss par des courants continus

fourni par :

une source extrieure relie au rotor par un systme de bagues et de balais. linduit lui-mme : une partie des courants triphass fournis par linduit sont redresss laide

dun pont de diodes afin de pouvoir alimenter directement linducteur : lalternateur est alors dit

auto excit

I.3. Fonctionnement en charge

I.3.1. Modlisation dune phase de lalternateurPour tudier l'alternateur triphas, on modlise une phase

de l'alternateur par une f.e.m. E en srie avec une rsistance Ret une ractance synchrone XS

I.3.2. Diagramme vectoriel

Remarque : Si R est ngligeable, la reprsentation se simplifie.

K : coefficient de Kapp qui ne dpend que des caractristiques

technologiques de lalternateur.

N : nombre de conducteurs actifs par enroulement

max : flux utile maximal sous un ple

E = K.p.n.N.max = K.f.N.max

EV

R XS I

V = E - RI j XS I

I

RI

jXSI

E

VRI : Chute ohmique au niveau de chaque enroulement induit

XS I : Chute inductive due la self de fuite et la raction

d'induit.

U = E.3 = 400 V U = E = 230 V

UV U

U


3/5


4/5


II. Moteur synchrone. Rversibilit de lalternateur

II.1. ExprienceCouplons un alternateur triphas sur le rseau, puis supprimons lalimentation du moteur.

II.2. ConstatationLe groupe continue toujours tourner, lalternateur est converti en moteur.

II.3. DductionPuisque le moteur tourne la vitesse de synchronisme n = f/p, on lappelle moteur synchrone.

II.4. Fonctionnement

II.4.1. Couple moteur

La rotation du systme est assure par le couple: C = . B

Soit en module :

Lvolution du C en fonction de est la suivante :

II.4.2. Schma quivalent. Equation .Diagramme

Equations : E = V - R.I - j Xs.I soit V = E + R.I + j Xs.I

II.5.1 AvantagesLa machine synchrone est plus facile raliser et plus robuste que le moteur courant continu.

Son rendement est proche de 99%.

On peut rgler son facteur de puissance cos en modifiant le courant dexcitation Ie.

II.5.2 InconvnientsUn moteur auxiliaire de dmarrage est souvent ncessaire.

Il faut une excitation, cest--dire une deuxime source dnergie.Si le couple rsistant dpasse une certaine limite, le moteur dcroche et sarrte.

B

S

N

F

F NS

C moteur

Zone instable

Le moteur dcroche

C rsistant

Zone

stable

Cmax

0 /2

Cem = .B .sin

Si = 0 C = 0 moteur est en arrt Si 0 < < /2 C est croissant moteur en marche (fonctionnement statique stable).

Si /2 < < C est dcroissant

moteur dcroche.

EV

R XS I

V

jXSI

RI

E

I

I est en arrire sur V


5/5


III. Moteur synchrone autopilotLes moteurs synchrones autopilots sont aussi appels moteurs Brushless ou moteurs autosynchrones.

Ils sont utiliss en commande daxe de robots : on peut les commander en vitesse ou les commander en

position avec un couple larrt.

III.1. Schma de principeLe capteur de position (synchro-rsolveur) rgle linstant damorage et de blocage des interrupteurs de

manire avoir le voulu. La vitesse de rotation fixe la frquence dalimentation de la machine etimpose le synchronisme entre V et E.

III.2. Commande en positionPour commander le moteur en position on dtermine le champ statorique dans la direction de la position

recherche.

La position relle du rotor est donne avec un angle qui peut varier lgrement autour de la position

recherche, en fonction du couple :

A larrt sur la position souhaite, langle interne dpend de la valeur du couple larrt

-/2 < < /2 0 < | C | < Cmax.

III.3. Rampe dacclration du moteurPour obtenir lacclration la plus rapide possible, il faut travailler avec le couple maximum Cmax.

Langle interne est fix = /2. Cmax = Bmax

III.4. Commande en vitessePour travailler en vitesse constante, il faut dterminer langle interne en fonction de la valeur du couple

fourni.

La position du champ statorique est calcule en fonction de la position du rotor et du couple.

Rseau

triphasRedresseur

Commutateur

lectroniqueOnduleur MLI

Capteur de

position qui

repre laxe

du rotor

Moteur synchrone

Moteur BrushlessVariateur

Phases du

moteur Axe du

moteur

Commande

Documents

Convertir Machine Synchrone