Université Mohammed 1er Ecole Nationale des Sciences Appliquées -Oujda - Département : Génie Industriel Matière : Tech. Electriques Machine synchrone Année universitaire : 2008 /2009 1
Comme toute machine tournante, la machine synchrone est un convertisseur réversible. Elle peut fonctionner soit en génératrice soit en moteur. Lorsqu elle fonctionne en génératrice (Le rotor et son champ sont entraînés par une turbine fournissant du courant alternatif ), la machine synchrone prend le nom d alternateur. Dans son fonctionnement en moteur, la fréquence est imposée par la fréquence du courant alternatif qui alimente l induit, d où la dénomination de cette machine : Moteur synchrone. 2
Constitution Circuit inducteur : rotor ( appelé aussi roue polaire ) Il est constitué d un enroulement parcouru par un courant d excitation Ie continu créant un champ magnétique 2p polaire. Il possède donc p paires de pôles. Il est parfois constitué par un aimant permanent. 3
Constitution Circuit induit : Stator Les enroulements du stator sont le siège de courants alternatifs monophasés ou triphasés. Il possède le même nombre de paires p de pôles. 4
Constitution Dans une machine synchrone le stator a une périphérique généralement lisse et porte dans des encoches, des enroulements appelés «phases». Lorsque la machine fonctionne en moteur, ces enroulements reçoivent du courant alternatif, et lorsque la machine fonctionne en alternateur, ils en fournissent. 5
Constitution : 6
Constitution Inducteur (rotor) Le rotor porte le circuit d excitation, dans lequel on envoie un courant continu. Il a pour rôle de créer dans l entrefer de la machine un champ tournant à répartition sinusoïdale. On distingues 2 types de rotor. 7
Champ tournant Les courants alternatifs dans le stator créent un champ magnétique tournant à la pulsation Le rotor ne peut donc tourner qu à la vitesse de synchronisme S. 8
Symboles 9
Alternateur - f.é.m. induite Fonctionnement à vide : A t=0, La spire embrasse le flux Φ. A t la spire embrasse un flux ϕ tel que ϕ = Φ cos θ = Φ cosωt. 10
Alternateur - f.é.m. induite Fonctionnement à vide : Le flux ϕ embrasée varie dans le temps, une f.e.m e1 est induite dans la spire Expression de la forme : La f.é.m. e1 est sinusoïdale : 11
Alternateur à rotor multipolaire On considère encore une seule spire statorique, disposée de façon à embrasser le flux maximal sous un pôle. La distance angulaire entre les encoches contenant les conducteurs de cette spire est égale à π/p ; elle est appelée pas polaire. 12
Alternateur à rotor multipolaire L origine des temps est choisi de façon que le flux embrassé par la spire soit maximal et égal à Φ à t=0. A t ce flux est donné par la relation : ϕ = Φ cos p θ = Φ cos pωt. 13
Alternateur à rotor multipolaire La f.é.m induite dans la spire est alors égale à : e1 est une f.é.m. sinusoïdale : 14
F.é.m dans un enroulement Un enroulement formé à partir de N conducteurs comporte N/2 spires. La valeur instantanée de la f.é.m. induite dans un enroulement est la somme des valeurs instantanées des f.é.m. induites dans les N/2 spires 15
F.é.m dans un enroulement Sa valeur efficace est : 16
F.é.m dans un enroulement Un enroulement de l induit (stator) soumis au champ magnétique tournant de l entrefer est le siège d une f.é.m. e(t) de valeur efficace E : 17
Fonctionnement en charge Réaction magnétique d induit (RMI): En charge, l alternateur fonctionne avec 2 champs tournants : - Le champ tournant dû au rotor, celui qui donne la f.e.m. à vide. - Le champ tournant dû aux courants triphasés circulant dans l induit (Ferraris). Ce champ modifie considérablement le flux utile dans l entrefer. Il constitue la réaction magnétique d induit de l alternateur 18
Fonctionnement en charge F.e.m globale et f.e.m résultante 19
Modèle équivalent de Behn Eschenbourg Machine non saturée : 20
Modèle équivalent de Behn Eschenbourg 21
Xs=Ls.ω correspond à la réactance synchrone. Ls est appelée l'inductance de inductance synchrone et fuite phase l'inductance par et englobe équivalente qui traduit la chute de tension due à la réaction magnétique d'induit (machine à pôles lisses). Ev correspond à la force électromotrice à vide de la machine, et dépend, du courant d'excitation circulant dans la roue polaire. 22
On peut facilement déterminer les éléments de ce modèle, à l'aide de deux essais : 23
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Ev=f(Ie) 25
Le deuxième essai consiste à réaliser des mesures en courtcircuit (à 1500 tr.min-1). 26
Relevé de Icc=f(Ie) 27
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Bilan des puissances d un alternateur L alternateur absorbe une puissance mécanique PM qui lui fournie par le moteur d entraînement: 30
Puis s anc e utile En triphasé avec une charge équilibrée de facteur de puissance cosϕ : Bilan d e s pe rte s 31
Tableau comparatif des machines 32