LA MACHINE SYNCHRONE
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LA MACHINE SYNCHRONE 1. Introduction : La machine synchrone peut : - soit fonctionner en génératrice - soit fonctionner en moteur : la fréquence de rotation est alors imposée par le réseau 2. Présentation 2.1.Symbole 2.2.Principe de fonctionnement d . On va donc obtenir une tension dt induite aux bornes de chaque spire. Si le flux est sinusoïdal, alors la f.e.m. sera sinusoïdale. Toute variation de flux entraîne une f.e.m induite e = - Remarque : C'est le même principe que pour les moteurs à courant continu sauf qu'ici on ne veut pas redresser cette tension donc on n'aura pas de balais ni de collecteur Avantage : l'induit pourra être fixe et on pourra donc avoir plus de puissance 2.3.Inducteur ou rotor ( appelé aussi roue polaire ) Attention : Contrairement à la MCC, ici le rotor est inducteur et le stator est l'induit Le rotor est mobile et tourne à la vitesse nS =. Il est constitué d'électro-aimants alimentés en continu ou d' aimants permanents Page 1 sur 8 Il existe deux types de rotor : rotor à pôles saillants Ici on a Remarque : si p est élevée, la vitesse nS est Application : alternateur centrale hydraulique ( p = 40 ) Pas polaire : = Avantage :simples à construire Inconvénients : fournissent moins de puissance que les rotors à pôles lisses rotor à pôles lisses Ie est continu Des encoches sont uniformément réparties le long du rotor Ici , p = p est faible donc la vitesse de rotation est élevée ( Application : alternateur centrale thermique ou nucléaire ) 2.4 Le stator ou induit Il est identique à celui d’une machine asynchrone : Dans une machine bipolaire ( p = 1 ) le stator comporte 3 bobines espacées de Page 2 sur 8 Dans une machine multipolaire ( p > 1 ) le stator comporte 3 bobines espacées de 2.4.1. Expression de la f.e.m induite Le flux est supposé sinusoïdal donc =MAX sin t .Or, d'après Faraday une f.e.m. induite e va apparaître : e=- d d ( est la dérivée du flux par rapport au temps : notée ’ en math ) dt dt e = - MAX. .cos(t ) Or, on a N conducteurs et eT = - N spires donc la f.e.m aux bornes de l'ensemble des spires vaut 2 N MAX. f.cos(t ) donc ET eff = 2 2.4.2. Expression de la f.e.m réelle En fait, la f.e.m réelle f.e.m théorique car Il y a une saturation du circuit magnétique donc Eeff E MAX 2 Les f.e.m sont légèrement décalées les unes par rapport aux autres donc N ET .E 2 Pour tenir compte de ces défauts, on introduit un coefficient : c'est le coefficient de KAPP, noté K E= K.N.f.MAX N : nombre de conducteurs par f : fréquence ( Hz ) MAX : flux sous un pôle (Wb) phase K 2,2 en triphasé et 1,7 en monophasé E: Page 3 sur 8 Si N est le nombre total de conducteurs, par enroulement on a N conducteurs donc 3 E= 3. Alternateur triphasé I U MCC V CHARGE ns Ie Alim continue Remarque : 3.1.Etude en charge Suivant la nature de la charge, la chute de tension n’a pas la même allure : Charge 1 : charge Charge 2 : charge Charge 3 : charge Page 4 sur 8 Schéma équivalent du stator ramené sur une phase 3.2.Détermination des éléments du modèle EPN tension à vide ( I = 0 A ) ne dépend que de Ie Dans le modèle du schéma équivalent, EPN est la tension simple Parfois, la tension relevée est la tension composée !!!! Fig 1 IeN On mesure Ra ( résistance entre phase ) à chaud en continu à I = ( c’est le même montage que pour Moteur Asynchrone ) Remarque : en étoile Ra = En triangle Ra = Mesure de X ( voir TP ) : essai en court-circuit : On relève pour plusieurs valeurs de Ie ( courant d’excitation ) la valeur de l’intensité ICC I CC Ampèremètre , position alternatif MCC A n IE Page 5 sur 8 ICC 2A par ex Fig 2 IEN IE Modèle équivalent de l’alternateur en court-circuit : On déduit Z = Faire l’application numérique en utilisant les fig 1 et 2 pages 5 et 6 : Puis X = En général, R<<< X Remarque : R<<< Z mais les pertes Joules ne sont pas négligeables 3.3 Diagramme synchrone d'une phase Exemple : Pour une même valeur de Ie on a relevé EPN = 200 V et ICC = 5 A . On donne R = 2 , I = 3 A. De plus, la charge est inductive et cos = 0,8. 1. Déterminer Z puis X 2. En choisissant une échelle 1cm pour 20 V et l’aide du schéma équivalent donné au paragraphe 3.1, construire les différents vecteurs de Fresnel. En déduire alors Veff Page 6 sur 8 3.4.Bilan de puissance Un alternateur reçoit de la puissance et fournit de la puissance donc Pu = Pu = Donc alternateur = Remarque : Pour déterminer les PFM, on effectue un essai à vide : Pav = Page 7 sur 8 4. Machines synchrones couplées sur le réseau Une fois couplée sur le réseau, la machine peut soit fonctionner soit en moteur, soit en alternateur Quelque soit le mode de fonctionnement, la tension est celle du réseau et la vitesse est imposée. En général, on néglige les pertes Joules dans le stator donc on a les deux modèles possibles : ALTERNATEUR MOTEUR On prend I comme origine ( on suppose ici la charge inductive donc ALTERNATEUR ) MOTEUR Page 8 sur 8
