chapitre 6 machine synchrone

Cours 6 Terminale GET
M. Dedieu ; Lycée J.Perrin (95) 1
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Chapitre 6 : machine synchrone
Introduction
I ⁄ constitution
1. inducteur ou rotor
2. induit ou stator
3. symboles de l’alternateur
4. exercices
II ⁄ Fém induites
III ⁄ Fonctionnement de l’alternateur
1. Etude à vide
2. Etude en charge
3. Modèle équivalent d’une phase
4. Diagramme synchrone
5. Détermination des éléments du modèle équivalent
IV ⁄ Bilan de puissance
1. puissance recue : Pa
2. puissance utile
3. Pertes
4. rendement
V ⁄ moteur synchrone triphasé
1. principe
2. modèle
3. puissance

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Introduction
• La machine synchrone est un convertisseur réversible d’énergie électromagnétique : on
peut l’utiliser en moteur ou en générateur.
• Les alternateurs triphasés sont la source de toute l’énergie électrique que nous
consommons.
Ex : alternateur de voiture : machine tri + pont de diodes avec un excellent rendement (95%)
I ⁄ constitution
On a vu que trois bobines fixes décalées de 120° et alimentées par un système triphasé de
tensions de fréquence f, créent un champ tournant à la vitesse n
S
.
1. inducteur ou rotor
• Il est constitué d’une ou plusieurs bobines alimentés en courant continu (ou d’aimants
permanents) à 2p pôles, soit p paires de pôles.
• L’inducteur est mobile, il tourne à la fréquence de rotation n
S
et crée un champ
magnétique tournant à la fréquence de synchronisme.
Alternateur
pertes
Energie électrique
alternative
Energie
mécanique
Moteur
pertes
Energie électrique
alternative Energie
mécanique

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• Du nombre de pôles dépend la vitesse du rotor et la fréquence du courant produit.
•
• deux types de rotors :
rotor à pôles saillants :
ils sont utilisés pour les faibles vitesses de rotation. (turbines
hydrauliques)
rotor à pôles lisses :
ils sont utilisés pour les vitesses de rotation élevées. (turbines à
vapeurs de centrales nucléaires ou thermiques)
moins de pôles
Forces centrifuges intenses dues à la haute vitesse de rotation imposent une limite du diamètre
du rotor, comme d’autre part les grandes puissances nécessitent un gros rotor, on est obligé de
lui donner une forme très allongée.
2. induit ou stator
• Il est constitué de p groupes identiques de 3 bobines logées. Le tout forme un enroulement
triphasé (trois phases).
• Il est le siège de tensions induites par la rotation du rotor en face de ses enroulements.
• Ces tensions induites (fém) forment un système triphasé et ont pour fréquence : f = p×n
S
.
N
S
p = 1
bipolaire
N
N
S S
p = 2
tétrapolaire
p = 3
N
S
N
N
S
S

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3. symboles de l’alternateur
4. exercices
1/ un alternateur triphasé tourne à 300tr/min et génère des fém de fréquence 60Hz. Quel est
son nombre de pôles ?
p = f/n=60×60/300 donc p = 12 donc 24 pôles.
2/ un alternateur triphasé génère des fém de fréquence 60Hz et il possède 12 pôles. Quelle est
sa vitesse de rotation ?
n = f/p = 60/6 = 10tr/s donc n=600tr/min
II ⁄ Fém induites
• on sait que tout circuit électrique soumis à une variation de flux magnétique est le siège
d’une fém induite : ed
dt
= −
ϕ
loi de Lenz.
• Donc ici, chaque phase du stator a, à ses bornes, une fém induite de valeur efficace E :
E = K.N.f. φ
max
E: valeur efficace de la fém induite d’une phase (en V)
K : coefficient de Kapp (constante qui dépend de la machine.
f : fréquence de la fém induite f = p.n
S
φ
max
: flux maximal à travers une spire de stator.
GS
3 ~

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Exercice :
1/ un alternateur triphasé comporte 96 conducteurs au stator et son rotor porte 8 pôles. Le flux
maximal sous un pole est 120mWb. Le coefficient de Kapp de cet alternateur est 2,2.
Quelle est la valeur efficace de la fém de cet alternateur lorsque son rotor tourne à 750 tr/min.
E = K.N.f. φ
max
avec N = 96/3 = 32 et f=p.n = 4 × 750/60 = 50Hz
E = 2,2 × 32 × 50 × 120 × 10
-3
= 422V
2/ un alternateur triphasé de centrale a les caractéristiques suivantes : coeff de Kapp = 2,05 ;
28 pôles ; φ
max
= 25mWb ; 8820 conducteurs au stator.
La valeur efficace de la fém par enroulement est 7,53kV.
A quelle vitesse tourne cet alternateur ?
E = K.N.f. φ
max
et f= n.p avec p = 14
f = E / K.N. φ
max
=
7530
2 05 8820
3
0 025, . . , = 50Hz
D’où n = f / p = 50 / 14 = 3,57 tr/sec = 214 tr/min