Moteurs synchrones. 6

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1 Master Mécatronique 1. Cours Moteurs. J Diouri Moteurs synchrones. 6 Servomoteurs synchrones à aimants permanents Références : Électrotechnique, Théodore Wildi, Électricité au service des machines, Bernard Schneider et Alain Beuret, Haute École d Ingénierie et de Gestion de Canton de Vaud, Suisse: Exercices et problèmes d électrotechniques, Luc Lasne, Dunod 2005 Manuel de génie électrique, Guy Chateigner, Dunod, édition 2007

2 Principe de la machine synchrone Rotor (Roue polaire): aimant (moteurs de petite puissance Induit Inducteur < 10 kw, brushless, pas de balais) ou électroaimant alimenté en CC (balais).vitesse de rotation Ω Rotor=moment magnétique M tournant dans le champ créé par le stator Stator : triphasé. Pulsation des courants Bobinage adapté pour avoir un champ à répartition radiale sinusoïdale. Identique au stator du moteur Asynchrone ω Si le rotor comporte p paires de pôles : Ω = s p ω Dans les centrales à réserve pompée, la même machine fonctionne en alternateur (forte demande) et en moteur (accumuler l eau pendant les périodes creuses) En génératrice (alternateur) : A vide : le champ tournant vient du rotor; En charge : s ajoute le champ des courants du stator, la rotation Ω du rotor produit des courants statoriques de pulsation ω=p Ω En moteur : Le champ tournant créé par le stator entraîne le rotor à la même vitesse de ce champ et dans le même sens

3 Géométries du rotor et applications Rotor cylindrique bobiné à pôles lisses (p=1) N peut dépasser 3000 tr/min (diamètre < longueur) Centrales thermiques et nucléaires Rotor cylindrique bobiné à pôles saillants p=2, N plus faible (<1000 tr/min) (diamètre > longueur) Centrales hydrauliques Groupes électrogènes Petit moteur à rotor extérieur à aimant permanent 2 paires de pôles

4 Condition de fonctionnement en moteur (p=1) ω Ω C e = M B = M. B.sin(( ω Ω) t + δ )) ω = Ω Au démarrage : Le moteur ne démarre pas seul, Il faut un moteur auxiliaire (à cage) A vide, C e ~ 0 (δ ~ 0) En charge : δ mesure le couple < C e C e = M B = δ < C e < e 0 ; C < >= 0 M.B.sinδ > 0 Angle de puissance Couple synchrone Ω Vitesse de synchronisme 0 Alternateur

5 δ A vide, les axes des pôles N du rotor sont alignés sur les axes des pôle S du Stator A cause du couple résistant, les axes des pôles magnétiques du rotor et du stator sont décalés d un angle δ qui mesure le couple Les vecteurs B et M tournent à la même vitesse en gardant constamment l angle δ entre eux. Il n y a pas de courant induit dans le rotor. S il est bobiné, le courant I r reste constant. C B E st

6 Caractéristique du couple L électronique de commande pour faire varier la vitesse (par action sur ω) permet aussi le réglage de δ (par asservissement) pour rester dans la plage de stabilité : c est le moteur synchrone autopiloté ou moteur à courant continu sans balais

7 Schéma équivalent (stator) Si la machine est équilibrée ou sans neutre X = L s s ω I = 0 Réactance synchrone ψ Schéma pour une phase A charge constante, l action sur le courant continu inducteur (rotor), modifie E et donc le FP ψ δ

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9 Schéma du moteur autopiloté Production d une alimentation triphasée réglable en tension et en fréquence Action sur l angle δ

10 Utilisation et propriétés Grosses machines, 150 kw- 15 MW, tr/min Petits moteurs en robotique et entraînements de disques Avantages vitesse de rotation constante et réglable qqsoit la charge. Peut supporter des chutes de tension de 50% Fournit des tensions triphasées équilibrées de fréquence stable (en alternateur) Peut améliorer le FP (FMM créée par le rotor peut dépasser celle créée par le stator) : compensateur synchrone pour régulariser la tension de réseau de distribution (voir pb corrigé dans «exercices et problèmes..», page 202) Inconvénients Nécessite un dispositif de démarrage. Peut décrocher si le couple dépasse le couple max Plus coûteux que les machines asynchrones.