1 ) Organisation simplifiée
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- Gautier Normandin
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1 Chpire B.2.4 Mchine synchrone 1 ) Orgnision simplifiée Une mchine synchrone es un conerisseur réersible, elle peu foncionner son générrice (lerneur), le cs le plus fréquen, son moeur. 1.1) Symboles normlisés des mchines synchrones Monophsé MS ~ Indui Sor Induceur Roor Roue polire Triphsé MS 3 ~ Elles possèden deux pries principles: - linduceur consiué délecroimns prcourus pr un courn coninu ou dimns permnens, siués sur le roor. - lindui, poré pr le sor, prcouru pr des courns lernifs ( mono ou riphsés ). 1.2) Induceur Il crée dns lenrefer de l mchine un chmp ournn. Il en exise deux ypes: - roor à pôles lisses, il possède une grnde robusesse mécnique, il es dopé pour les lerneurs de fores puissnces, don l fréquence de roion es éleée (lerneur de cenrle nucléire). - roor à pôles sillns (uilisé pour des mchines ournn à fibles iesses). Il es plus simple à consruire, uilisé pour les groupes élecrogènes. 1.3) Indui our une mchine synchrone riphsée, il es consiué pr rois groupes de conduceurs logés dns les encoches du sor, formn rois circuis déclés dun ngle conenble les uns pr rppor ux ures. Ils son prcourus pr rois courns qui formen un sysème riphsé. Bernud 1/7
2 Chpire B.2.4 Mchine synchrone 1.4) Exciion des mchines synchrones Linduceur, qund il nes ps à imns permnens, doi-êre limené pr un courn coninu. Cel implique, soi une source exérieure u roor, donc un sysème de bgues e de blis, ou soi une source sur le roor à lide dun lerneur uxiliire à induceur fixe e indui ournn, don les courns son redressés pr un pon de diodes pour limener l roue polire. 2 ) F.é.m dun lerneur à roor bipolire 2.1) F.é.m dns une spire S N Θ Ω Le flux uile mximl embrssé pr l spire es noéφ. L spire embrsse un flux ϕ, schn que le roor ourne à l iesse Ω 2 π n, yn pour expression ϕ Φ cos( Ω ). Le flux rie, il y créion dune f.é.m induie e 1 dns l spire. ec e dϕ Φ ˆ Ω sin( Ω) E1 2 sin( ω). L f.é.m induie es sinusoïdle d 1 Φ Ω 2π E1 nφ 444, n Φ 444, f Φ 2 2 ω 2π f Ω 2π n f n 2.2) F.é.m dns un enroulemen de N conduceurs 2.2.1) Enroulemen concenré dns deux encoches e S Ω N N/2 conduceurs Les f.é.m induies dns les N/2 spires, qui son en série, son donc en phse e égle à e 1 ; en dmen que les N/2 spires soien ideniques e occupen l même posiion sur le sor. L f.é.m résulne N N e e 1 E E 1 222, N f Φ 2 2 e 1 e 1 Bernud 2/7
3 Chpire B.2.4 Mchine synchrone 2.2.2) Enroulemen répri sur plusieurs encoches Ces l disposiion dopée sur llerneur réel. our obenir une f.é.m suffismmen grnde, il fu un nombre N imporn de conduceurs, doù l difficulé pour les plcer dns deux encoches. Les spires, formn lenroulemen, son en série mis déclées dun ngle θ. L f.é.m résulne e es lors égle à l somme des f.é.m e 1 déphsées les unes pr rppor ux ures. θ E < E E < 222, N f Φ S Ω N 2.3) Conclusion pour un lerneur yn p pires de pôles On lors f pn E < E osons lors E < 222, N f Φ E < 222, N pn Φ E K p n N Φ Aec K : coefficien de Kpp, p : nombre de pire de pôles, n : fréquence de roion en r.s -1, N : nombre de conduceurs correspondn à une phse, Φ : flux uile mximl embrssé pr une spire. 2.4) Alerneur riphsé Si on couple les enroulemens en éoile, on Si on couple les enroulemens en ringle, on Epn K p n N Φ Epp K p n N Φ Bernud 3/7
4 Chpire B.2.4 Mchine synchrone 3 ) Crcérisiques dun lerneur 3.1) A ide E ( ) à fréquence de roion consne (E pn ) ( ) j GS 3~ n u e nc ( ) s E K p n N Φ ( Epn ) K Φ 3.2) En chrge à fréquence e exciion consnes Chrge équilibrée réglble ϕ j/epn j GS 3~ n u e (E pn ) E pn ϕ>0 nc se e c se ϕ<0 ϕ0 Récion mgnéique dindui: Le sor, don les enroulemens son minenn rersés pr des courns induis riphsés, créen un chmp mgnéique ournn à l fréquence de synchronisme. Si le circui mgnéique nes ps suré, ce chmp se compose à chque insn ecoriellemen à celui du roor, qui ourne à l même iesse. Le chmp résuln, donc le flux es modifié, ce qunrîne une modificion de l f.é.m induie. 4 ) Modèle simplifié pour un enroulemen dune phse dune mchine synchrone On considérer que le sor es couplé en éoile. X R j : f.é.m à ide die synchrone ( elle dépend d, donc du flux embrssé pr un enroulemen, créé pr le chmp ournn proenn de l roue polire). X L ω : récnce synchrone, elle ien compe du flux embrssé pr un enroulemen e es due u chmp mgnéique créé pr ous les courns, qui circulen dns ous les enroulemens de lindui. R : résisnce de lenroulemen j : inensié du courn dns lenroulemen. Dprès l loi de l mille, on peu écrire Bernud 4/7
5 Chpire B.2.4 Mchine synchrone Digrmme synchrone dune phse: (Digrmme de Fresnel), j ser pris comme référence, le circui én série. θ représene lngle de déclge inerne, cel correspond à l riion de l posiion du chmp mgnéique résuln enre l mrche à ide e l mrche en chrge. O. 5 ) Déerminion des élémens du modèle équilen 5.1) Alerneur non suré Fire un essi à ide ec n c se. ( E pn ) our fixé, on déermine l leur de (E pn ). Fire le releé de l crcérisique de cour-circui cc ( ) X On obien E pn R j cc Donc pour fixé, on déermine E pn e cc, pr conséquen on roue X. R se mesurn pr une méhode. 5.2) Alerneur peu suré Lé mgnéique dun lerneur, débin sur une chrge équilibrée, dépend de linensié dexciion, de linensié du courn débié e du déphsge de j pr rppor à. our un même, E pn (,, ϕ ) (E pn ) ( ), on E pn > (E pn ). X pr conre à l même leur que dns le cs précéden. Bernud 5/7
6 Chpire B.2.4 Mchine synchrone 5.3) Alerneur suré Les leurs de E pn e X dépenden du poin de foncionnemen de llerneur. Le modèle es lble pour chque régime de foncionnemen, il fu déerminer les leurs de E pn e X, qui coniennen à chque poin de foncionnemen. 6 ) Biln de puissnce uissnce bsorbée: méc Si llerneur nes ps uo-excié ou lorsque linduceur nes ps consiué dimns permnens, il fu enir compe de l source dénergie nécessire. uissnce uile: eres: En monophsé : u En riphsé: u - peres dies consnes c consiuées pr les peres mécniques dépendn de n e pr les peres dns le fer dépendn de l fréquence e du flux dns l mchine. our une mchine synchrone uilisée à fréquence e ension consne, elles rien rès peu enre le foncionnemen à ide e en chrge. On peu les déerminer à lide dun essi à ide. - peres pr effe oule dns linduceur e dns lindun monophsé en riphsé mchine. Rendemen: η 7 ) Moeur synchrone riphsé u ec r résisnce mesurée enre deux bornes de phses de l 7.1) Réersibilié de l mchine synchrone L mchine synchrone es réersible, elle peu foncionner en moeur e enrîner une chrge à une iesse Ω imposée pr l fréquence des courns sinusoïdux, qui limenen lindui. Llerneur, couplé sur le réseu de disribuion, foncionne à ide. Si lon désccouple le moeur denrînemen du roor, celui-ci coninue à ourner, u Bernud 6/7
7 Chpire B.2.4 Mchine synchrone synchronisme, sous lcion du chmp mgnéique ournn crée pr le sor riphsé. L mchine foncionne minenn de mnière réersible en moeur synchrone. L f.é.m deien f.c.é.m e grde l même expression. 7.2) Crcérisique de foncionnemen Soi le modèle dune phse du moeur: X j On néglige l résisnce R de lenroulemen. Le moeur bsorbe l puissnce On lors, si on néglige les peres. ω 2πf Le couple élecromgnéique es égl T em ec Ω p p Le moeur synchrone ne peu démrrer seul en chrge, u démrrge T em 0 Nm. 7.3) Foncionnemen en chrge A exciion consne, si le couple résisn es inférieur u couple mximl du moeur; une légère ugmenion du couple résisn enrîne une ugmenion du couple élecromgnéique, le foncionnemen es sble. Si le couple résisn es supérieur u couple moeur, le moeur cle, ne produi plus de f.c.é.m e une surinensié risque de déériorer l mchine. Cel correspond u couple de décrochge. En fisn rier lexciion, on conse que le cos ϕ du moeur rie. On uilise cee propriéé pour juser le fceur de puissnce dune insllion. L mchine es lors ppelée compenseur synchrone. On peu limener un moeur synchrone pr un onduleur pour fire rier s iesse. our démrrer ce moeur e à cuse de linerie du roor, le moeur ibre, pour lccrocher à l iesse synchrone, on uilise un moeur uxiliire (souen un moeur synchrone). Bernud 7/7
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