Moteur synchrone autopilotéMoteur brushless
Moteur synchrone autopilotéMoteur brushless
Moteur synchrone autopilotéMoteur brushless
OBJECTIFS
• Identifier une machine synchrone
• Définir son principe de fonctionnement
• Définir le principe d’un fonctionnement autosynchrone
• Choisir un moteur brushless
• Analyser les caractéristiques couple/vitesse
Moteur synchrone autopilotéMoteur brushless
PLAN
1. Présentation
2. Rappel : champs magnétiques tournants
3. Constitution générale
4. Principe de fonctionnement du moteur synchrone
5. Principe de base d’un fonctionnement autosynchrone
6. Choix d’un moteur brushless
1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix
1- PRÉSENTATION
1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix
Avantages du moteur synchrone / moteur à courant continu
• Excellente fiabilité
• Puissance massique élevée (encombrement réduit)
• Faible niveau sonore
• Excellent rendement (>90%)
• Faible inertie (temps de démarrage très court)
• Gamme de vitesse importante
• Couple à l’arrêt
• Vitesse constante avec la charge
Inconvénients
• Vitesse liée à la fréquence du réseau
• Risque de décrochage
• Ne démarre pas
Comparatif TGV PSE et ATLTGV PSE : 1560 kg 535 Kw (726 cv)
TGV ATL : 1580 kg 1100 Kw (1494 cv)
U=Umsin (ωt+4∏/3) U=Umsin (ωt+2∏/3)
2- RAPPEL : Champs Magnétiques tournants
1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix
2∏/3
U=Umsin ωt HVitesse ω
principeTrois bobines décalées dans l’espace de 2∏/3 et alimentées par des tensions sinusoïdales déphasées de 2∏/3 électrique créent un champ tournant à la vitesse angulaire ω.
2- RAPPEL : Champs Magnétiques tournants
1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix
principeTrois bobines décalées dans l’espace de 2∏/3 et alimentées par des tensions sinusoïdales déphasées de 2∏/3 électrique créent un champ tournant à la vitesse angulaire ω.
Ωs = ω (ω = 2πf)Ωs vitesse de synchronisme en rd/sns = f en tr/s
Pour une machine possédant p paires de pôlesΩs = ω/p ns = f /p
3- CONSTITUTION GÉNÉRALE
1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix
Stator : idem moteur asynchrone
L’ induit est constitué de trois enroulements parcourus par des courants alternatifs logés dans les encoches du circuit magnétique
Exemple : moteur du TGV ATL
3- CONSTITUTION GÉNÉRALE
1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix
Rotor : deux possibilités
Machine synchrone : l’inducteur est constitué d’un bobinage parcouru par un courant continu
Exemple : moteur du TGV ATL
3- CONSTITUTION GÉNÉRALE
1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix
Rotor : deux possibilités
Machine synchrone : l’inducteur est constitué d’un bobinage parcouru par un courant continu
Moteur brushless (sans balais) : l’inducteur est constitué d’aimants permanents.
Exemple, aimant en samarium cobalt (SmCo5, Sm2Co17), dont les performances du point de vue de l’énergie spécifique sont exceptionnelles
3- CONSTITUTION GÉNÉRALE
1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix
Rotor : deux possibilités
Machine synchrone : l’inducteur est constitué d’un bobinage parcouru par un courant continu
Moteur brushless (sans balais) : l’inducteur est constitué d’aimants permanents
4- PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU MOTEUR SYNCHRONE
1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix
Pôle nord
Pôle sud
Phase 1
Phase 2Phase 3
t
1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix
Le champ tournant crée des pôles fictifs
Pôle nord
Pôle sud
t
Phase 1
Phase 2Phase 3
1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix
Le champ tournant crée des pôles fictifs
N
S
Pôle nord
Pôle sud
t
Phase 1
Phase 2Phase 3
1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix
S
N
Le champ tournant crée des pôles fictifs
Ceux-ci attirent les pôles réels du rotor
Fonctionnement à vide
N
S
Pôle nord
Pôle sud
t
Phase 1
Phase 2Phase 3
1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix
Hs
Hr
Θ
L’angle Θ (champ rotorique/champ statorique) dépend du couple développé Plus le couple résistant augmente, plus l’angle Θaugmente
Fonctionnement en charge
S
N
Hr
N
S
Pôle nord
Pôle sud
t
Phase 1
Phase 2Phase 3
1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix
HsΘ
Hr
L’angle Θ (champ rotorique/champ statorique) dépend du couple développé Plus le couple résistant augmente, plus l’angle Θaugmente
Fonctionnement en charge
4- PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU MOTEUR SYNCHRONE
1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix
Équivalence mécanique
θ
ressortcharge
Ω
F F
N
S
Pôle nord
Pôle sud
t
Phase 1
Phase 2Phase 3
1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix
SN
Lorsque θ=π/2 le couple est maximal
Θ
Hs
Hr
Fonctionnement à charge maximale
Pôle nord
Pôle sud
Phase 1
Phase 2Phase 3
1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix
Lorsque θ=π/2 le couple est maximal
Au-delà le phénomène d’attraction disparaît, la machine s’arrête il y a décrochage
Au moment du démarrage, les pôles fictifs tournent à la vitesse de synchronisme, les pôles réels du rotor sont à l’arrêt et tantôt attirés tantôt repoussés par les pôles fictifs.
Le moteur synchrone ne démarre pas
Solution : entraîner artificiellement le rotor à une vitesse proche de celle du synchronisme (cage d’écureuil , augmentation progressive de la fréquence)
N
S
SN
Démarrage
5- PRINCIPE DE BASE D’UN FONCTIONNEMENT AUTOSYNCHRONE
1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix
principeUn capteur (codeur ou resolver) détecte la position exacte du rotor et permet au convertisseur de fréquence de maintenir un angle θ de 90° entre le champ tournant statorique Hs et le champ rotorique Hr, de façon à ce que le couple moteur puisse toujours être maximal.
Hs, modulé en amplitude, fixe la valeur du couple. Il n’y a plus possibilité de décrochage. Le capteur donne également l’information " vitesse ".
5- PRINCIPE DE BASE D’UN FONCTIONNEMENT AUTOSYNCHRONE
1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix
principeUn capteur (codeur ou resolver) détecte la position exacte du rotor et permet au convertisseur de fréquence de maintenir un angle θ de 90° entre le champ tournant statorique Hs et le champ rotorique Hr, de façon à ce que le couple moteur puisse toujours être maximal.
Hs, modulé en amplitude, fixe la valeur du couple. Il n’y a plus possibilité de décrochage. Le capteur donne également l’information " vitesse ".
codeur
Codeur+
variateur
6- CHOIX D’UN MOTEUR BRUSHLESS
1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix
1 Allure de la caractéristique couple/vitesse
La valeur du couple indiqué sur la plaque signalétique est celle du couple rotor bloqué en régime permanent (point A)
3000
2000
1000
2 4 6 8
Vitesse en tr/mn
Couple en NmA
Zone de fonctionnement permanent possible accroissement de température ≤ 60°
∆θ=60°
6- CHOIX D’UN MOTEUR BRUSHLESS
1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix
1 Allure de la caractéristique couple/vitesse
3000
2000
1000
2 4 6 8
∆θ=100°
Zone de fonctionnement permanent possible accroissement de température ≤ 100°
Vitesse en tr/mn
Couple en Nm
6- CHOIX D’UN MOTEUR BRUSHLESS
1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix
2 Couple en régime transitoire
3000
2000
1000
2 4 6 8
Vitesse en tr/mn
Couple en Nm10 12 14 16 18
Imax=28A eff
Zone de fonctionnement transitoire possible
6- CHOIX D’UN MOTEUR BRUSHLESS
1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix
2 Couple en régime transitoire
3000
2000
1000
2 4 6 8
Vitesse en tr/mn
Couple en Nm10 12 14 16 18
Imax=28A eff
Le couple maximal peut être supérieur au couple nominal.
Il faut cependant que l’échauffement qui en résulte soit admissible (cycle).
L’échauffement est proportionnel à I²t.
6- CHOIX D’UN MOTEUR BRUSHLESS
1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix
3 Critères de choix
• Vitesse moyenne
N moy = Σ (Ni x ti)/ T
• Couple thermique équivalent sur un cycle
Cmte = ( Ci² x ti)/T