Machine synchrone autopilotée

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Machine synchrone autopilotée : application aux asservissements : moteur brushless
Cours non exhaustif destiné aux étudiants de BTS maintenance industrielle (les textes en italiques ne
sont pas à être pris en compte par les élèves)
I. Machine synchrone à aimant:
 I.1 quelques notions
 I.1 Exemples de structure : (ici : machine à 4 pôles)
Machine sans pièces polaires
Rotor de machine avec pièces polaires
Cales
amagnétiques
aimant
Noyau magnétique
Pièce
polaire
aimant
Noyau
magnétique
Cale
amagnétique
Stator
Rotor

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La forme d’onde d’alimentation de la machine dépend de sa structure magnétique : on rencontre des
champs à répartitions spatiales sinusoïdales (machines à pôles saillant : entrefer variable, d’arc polaire
120°)ou trapézoïdale (machines à pôles lisses d’arcs polaires 180° alimentés par des créneaux de
courant à 120° ou d’arc polaire 120° alimentés par des créneaux de courant à 180°).
On alimentera la machine soit par des créneaux de courant (champ trapézoïdal) soit par des ondes
sinusoïdales (champ sinusoïdal)
 I.3 Calcul du couple électromagnétique d’une machine synchrone en régime permanent.
a) Hypothèses :
 machine à pôle lisse
 machine non saturée
 Aimant permanent :rotorique=cte
 Nous supposerons pour des raisons de simplicité la machine alimentée par des courants
sinusoïdaux

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b) Schéma électrique équivalent :
Le champ tournant statorique tourne à ws=2fs avec fs fréquence d’alimentation du stator
Le champ tournant rotorique tourne à w=2n.p avec n fréquence de rotation (mécanique) du rotor.
Pour que cette machine fonctionne, il faut synchronisme des champs :
ws=w en régime permanent.
c) Diagramme espace temps
jLws.Is
Rotor
Br
Is
V
Ev
Ev
V
Is
Lws
V= Ev + jLws * Is
M3
Fem induite
dans le stator
par le champ
rotorique (liée
au rotor)
Alimentation
du stator
STATOR
ROTOR

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d) Calcul :
P= 3Ev.Is.cos Cem=P/s=3Ev.Is.cos/s
avec Ev proportionnelle à ws (Ev=kws) et s=ws/p, on obtient :
Cem= 3.p.k.ws.cos/ws=3pkIs cos
Avec k=3pr
Autre expression :
P=3.V.I.cosCem=3pVIcos/ws
avec lwsIscos=Evsin, on obtient Cem=3pEvsin/L(ws)²
or Ev=k.ws donc Cem=3pk(V/ws)sin.
I.4. remarques sur les machines à pôles saillants :
Vqs = Ev + Xds Ids
Vds = Xqs . Ids
Vs = Ev + Xds. Ids + j Xqs Iqs
Avec Vs= Vds + j Vqs et Is = Ids + jIqs
Cem=K.Is.cos
Cem=K(V/ws)sin.
Xqs.Iqs
Xds.Ids
EV
Vs
Vds
Vqs
Ids
Iqs
Axe d
Axe q
Cem=3.p. r.Is.cos - 3/2.p.(lds-lqs).Is².sin(2 )

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II. La machine synchrone alimentée à fréquence variable.
La fréquence de rotation d’une machine synchrone dépend uniquement de sa fréquence d’alimentation :
n=fs/p
Nous étudieront 2 cas :
 Alimentation en tension à fréquence variable
 Alimentation en courant à fréquence variable.
1) Alimentation en tension.
Vs/fs=cte : on fonctionne à flux constant et nominal
ws=2fs
 On augmente ws  w ne varie pas instantanément (inertie).
1)  augmente  sin augmente  Cem=ksin augmente si le couple moteur augmente, le
synchronisme peut s’établir à nouveau
2) Si  dépasse /2  sin diminue Cem=ksin diminue si le couple moteur dimùinue w
diminue, il n’y a plus synchronisme des champs : on a un décrochage.
Vs
Ev
w
ws
MS
3
fs
Vs
Onduleur