moteur sync

ELECTROTECHNIQUE FONDAMENTALE 2 : Matière
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Cours ELT2 L2- S4 -2019-2020 / Pr CHAOUCH.S
1. Généralités,
Définition : Toute machine électrique dont laquelle la vitesse de rotation du rotor est égale à la vitesse
de rotation du champ tournant est appelé machine Synchrone. Pour obtenir un tel fonctionnement, le
champ magnétique rotorique est généré par :
- des aimants,
- ou par un circuit d’excitation.
-
Réversibilité : La machine synchrone est un convertisseur réversible d’énergie électromagnétique. La
machine synchrone, appelée ALTERNATEUR si elle fonctionne en génératrice, fournit un courant
alternatif. En fonctionnement MOTEUR sa fréquence de rotation est imposée par la fréquence du
courant alternatif qui alimente l'induit.
Les alternateurs triphasés sont la source de toute l’énergie électrique que nous consommons.
CHAPITRE
4
Machines Synchrones MS

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2 Constitution
2-1- Rotor
Le rotor ou l'inducteur (ou excitation) est un aimant ou un électroaimant alimenté en courant continu
par l'intermédiaire de balais possédant 2p poles. L'inducteur est mobile, il tourne à la fréquence de
rotation ns et crée un champ magnétique tournant à la fréquence de synchronisme. La vitesse de rotation
dépend du nombre de pôles.
Remarque : Le rotor est caractérisé par son nombre de paires de pôles p :
• p = 1 (2 pôles) : fig. 1a 1c
• p = 2 (4 pôles) : fig. 1b
Deux grandes catégories de machines synchrones :
- Machines à pôles saillants (roue polaire)
Elles sont utilisées pour les faibles vitesses de rotation. (Turbines hydrauliques)
- Machines à pôles lisses
Elles sont utilisées pour les vitesses de rotation élevées. (Turbines à vapeurs de centrales nucléaires ou
thermiques)
2-2- Stator
Au stator, nous avons l'induit (circuit de puissance). Il est constitué de p groupes identiques de 3 bobines
logées. Le tout forme un enroulement triphasé (trois phases décalés de 120°).

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Ces enroulements du stator sont le siège de courants alternatifs
triphasés. Il possède le même nombre de paires p de pôles.
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×nS.
3. Champ Tournant
Les courants alternatifs dans le stator créent un champ magnétique tournant à la pulsation.
Ω=
 ou n=  [tr/s]=   x60 [tr/mn]
Avec Ω : vitesse de rotation du champ tournant en rad/s.
𝜔 : Pulsation des courants alternatifs en rad/s 𝜔 = 2. 𝜋. 𝑓
n : vitesse de rotation du champ tournant.
𝑓 : Fréquence des courants alternatifs en Hz
𝑝 : Nombre de paires de pôles.
Exercice 1 : Un alternateur triphasé tourne à 1000tr/min ; Quel est son nombre de pôles ? La fréquence
50Hz.
Solution:
n=
 x60 alors 𝑝 =  𝑥60 = 3 donc le nombre de pôles est 2p = 6 pôles.
Exercice 2 : Un alternateur triphasé génère des fém de fréquence 50Hz et il possède 24 pôles. Quelle
est sa vitesse de rotation ?
Solution:
n=𝑓
𝑝𝑥60 = 50 12 𝑥60 = 250 𝑡𝑟/𝑚𝑛
4. F.é.m induites
On sait que tout circuit électrique soumis à une variation de flux magnétique est le siège d’une f.é.m
induite : 𝑒 = 
 loi de FARADAY Lenz.
Donc chaque phase du stator possède à ses bornes, une f.e.m induite de valeur efficace E :
E = K.N.f. φmax
E: valeur efficace de la f.e.m induite d’une phase (en V)
K : coefficient de Kapp (constante qui dépend de la machine.
f : fréquence de la f.e.m induite f = p x ns (ns en tr/s)
φmax : flux maximal à travers une spire de stator.
N : nombre de conducteurs par phase.
Exercice 3:

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Un alternateur triphasé comporte 96 conducteurs au stator et son rotor porte 8 pôles. Le flux maximal
sous un pôle 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.
Solution :
E = K.N.f. φmax avec N = 96/3 = 32 et f=p x ns = 4×750/60 = 50Hz
E = 2,2 × 32 × 50 × 120 × 10-3 = 422V.
Exercice 4:
Un alternateur triphasé d’une centrale a les caractéristiques suivantes : coeff de Kapp = 2,05; 28 pôles ;
φmax = 25mWb ; 8820 conducteurs au stator. La valeur efficace de la fém par enroulement est 7,53kV.
Calculer la fréquence. A quelle vitesse tourne cet alternateur ?
Solution :
E = K.N.f. φmax et f= ns x p avec p = 14
f = E / (K.N. φmax )= 7530/(2,05 x (8820/3) x 0,025)= 50Hz.
D’où ns = f / p = 50 / 14 = 3,57 tr/sec = 214 tr/min
5. Modes de fonctionnement
La machine synchrone est réversible.
5.1 Fonctionnement en moteur
Le champ tournant du stator « accroche » le champ lié au rotor à la vitesse ΩS = ω/p.
5.2 Fonctionnement en alternateur (génératrice)
Le rotor et son champ sont entraînés par une turbine. Les bobines de l’induit sont alors le siège de f.é.m.
alternative de pulsation ω = p.Ω
Un système mécanique entraîne le rotor. Il y a création d'un système de tensions triphasées dans les
enroulements du stator.
• Remarques :
La production de l'énergie électrique se fait avec des alternateurs de grandes puissances (jusqu’à 1450
MW) :
- turboalternateurs de centrales thermiques (à pôles lisses : p = 2 ou 1)

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- hydroalternateurs de barrages hydrauliques (à pôles saillants : p >> 1)
Exemple : pour avoir f = 50 Hz :
- turboalternateur (p = 2) à 1500 tr/min
- hydroalternateur (p = 40) à 75 tr/min
6. Fonctionnement en alternateur,
7.
8.
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10.
11.
6.1 Alternateur à vide :
Le stator n'est traversé par aucun courant. Le champ tournant est issu de la roue polaire (traversée par
un courant d'excitation Ie), entraîné par un système auxiliaire.
Nous récupérons trois f.e.m induites sinusoïdales de valeur efficace Ev, aux bornes du stator.
Tant que le courant d’excitation Iex dans l’inducteur
ne dépasse pas une certaine limite (Iemax), la valeur
efficace E de la f.e.m. est proportionnelle à ce
courant.
C’est le courant Iex qui détermine le flux magnétique
∅ dans l’entrefer de la machine.
6.2 Alternateur en charge:
L'état de l'alternateur est fixé par le point de fonctionnement Pfnct, qui dépend de deux paramètres
variables et trois paramètres constants Pfnct= fonction de (V ; I ; n ; Ie ; ∅)
V tension entre phase et neutre (volts), I courant dans un fil de phase (ampères)
n fréquence de rotation de l'alternateur (tr / s), Iex courant d'excitation (ampères)
∅ Déphasage entre v et i. angle imposé par la charge.
Récepteur
triphasé GS
3
Inducteur
L’induit
I1(t)
I2(t)
I3(t)
Ie
La génératrice (alternateur) est une machine
réalisant la conversion d’énergie mécanique
(Cm, Ω) en énergie électrique (V, I de
fréquence f). Un système mécanique
entraîne le rotor, Il y a création d’un système
de tensions triphasées dans les enroulements
du stator.
Ie
(A)
Iemax