MACHINES SYNCHRONES TRIPHASÉES

Chapitre 40
1
Chapitre 40. Machines synchrones triphasées.
Constitution.
Stator.
Rotor.
Fonctionnement en alternateur (génératrice).
Avantages et inconvénients.
2
Chapitre 40
Les machines synchrones
3
Chapitre 40
4
stator
5
Enroulement turbo-alternateur 825 MVA, 20 kV
6
Le rotor
7
Rotor d’alternateur de 4472 MVA
8
Chapitre 40
9
Chapitre 40
!"
$
%
#
$
#
!
&
10
Chapitre 40
'
11
Machines SYNCHRONES Triphasées
Ωs
12
Machines SYNCHRONES Triphasées
Ωs
13
Machines SYNCHRONES Triphasées
(
Ωs
14
Machines SYNCHRONES Triphasées
Ω
! "
$ %
Ω
#
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"
'
15
Machines SYNCHRONES Triphasées
)
Ωs
16
*
Machines SYNCHRONES Triphasées
(
!
(
'
)
!
*
+
17
+
Machines SYNCHRONES Triphasées
,
)
(
)
'
'
!
+
18
Machines SYNCHRONES Triphasées
,
. . . sont alimentés en
courant continu . . .
Les bobinages
rotoriques . . .
. . . par l’intermédiaire
de 2 bagues . . .
ROTOR
. . . sur lesquelles frottent 2
balais reliés à la source de
tension extérieure
+
-
19
Chapitre 40
)-
Avantages
La machine synchrone est plus facile à réaliser et plus robuste que le moteur à courant
continu
Son rendement est proche de 99%.
On peut régler son facteur de puissance cosphi en modifiant le courant d’excitation J
Inconvénients
Un moteur auxiliaire de démarrage est souvent nécessaire.
Il faut une excitation, c’est-à-dire une deuxième source d’énergie.
Si le couple résistant dépasse une certaine limite, le moteur décroche et s’arrête.
20
).
Chapitre 41
!"
21
Machines SYNCHRONES Triphasées
)/
Chapitre 41
Les équations générales de fonctionnement
de la machine synchrone peuvent s’écrire sous la forme:
en Moteur
V =E +RI +jXI
R est la résistance du Stator,
X est la réactance synchrone
Schéma équivalent à une phase de la machine
X
I
R
E
V
22
Machines SYNCHRONES Triphasées
)
Chapitre 41
Les équations générales de fonctionnement
de la machine synchrone peuvent s’écrire sous la forme:
en Alternateur
V =E -RI -jXI
R est la résistance du Stator,
X est la réactance synchrone
Schéma équivalent à une phase de la machine
X
I
R
E
V
23
Chapitre 41
Machines SYNCHRONES Triphasées
Excitation de la machine synchrone
Lω
R
J
E
V
24
Machines SYNCHRONES Triphasées
Etude en Alternateur
E = V + RI + j.X.I
0
!
)(
V =E -RI –jXI
= V + ZI
E
jXI
V
I
RI
25
)
Machines SYNCHRONES Triphasées
Chapitre 41
p
∧
LECTURE DES PUISSANCES SUR
LES DIAGRAMMES DES TENSIONS
= ,-
-
P
C
E
ϕ
O
ϕ
I
V
γ
ZI
jXI
A
RI
Q
B
q
26
))
Machines SYNCHRONES Triphasées
Chapitre 41
p
P
C
E
O
en Triphasé,
P = 3 V I cos
Q = 3 V I sin
V
I
A
B
Q
q
dans le triangle APC,
cos = [ AP ]
[ AC ] = [ AP ]
ZI
sin
[ AC ] = [ AQ ]
ZI
= [ PC ]
Conclusion :
V
P=3
Z
[ AP ]
Q=3
V
Z
[ AQ ]
Les segments AP et AQ
représentent à un coefficient
près ( 3 V / Z ), la puissance
active P et la puissance
réactive Q de la machine27
Machines SYNCHRONES Triphasées
Chapitre 41
p
P
C
E
O
γ = Arc tan BC / AB = Arc tan X / R
I
V
A
B
Q
q
dans une machine synchrone, on a toujours R <<< X
π
γ
=
si l’on admet R ≅ 0 ,
alors, et Z I = X I
/
d’où la simplification du schéma . . .
28
Chapitre 41
)*
Machines SYNCHRONES Triphasées
P
C
E
ZI
O
V
A
Q
I
29
P>0
Q<0
ALTERNATEUR
Chapitre 41
)+
Machines SYNCHRONES Triphasées
P>0
Q>0
P
C
ALTERNATEUR
E
ZI
O
V
A
Q
I
MOTEUR
MOTEUR
P<0
Q<0
P<0
Q>0
30
Chapitre 41
Machines SYNCHRONES Triphasées
P
Zone II
C
E
ZI
O
V
A
Zone I
Q
I
Zone III
Zone IV
31
Machines SYNCHRONES Triphasées
P
E
O
I
C
Z.I
A
V
Q
1er Cas
C est dans la Zone I
P>0
Q>0
C’est un ALTERNATEUR SYNCHRONE
qui fournit une Puissance Active
qui fournit une Puissance Réactive
P
Q
au réseau
au réseau
32
Machines SYNCHRONES Triphasées
P
E
C
I
O
Z.I
Q
V
A
2ème Cas
C est dans la Zone II
P>0
Q<0
C’est un ALTERNATEUR SYNCHRONE
qui fournit une Puissance Active
qui consomme une Puissance Réactive
P
Q
au réseau
au réseau
33
Machines SYNCHRONES Triphasées
I
O
Q
V
E
A
Z.I
3ème Cas
C
C est dans la Zone III
P
P<0
Q<0
C’est un MOTEUR SYNCHRONE
qui consomme une Puissance Active
qui consomme une Puissance Réactive
P
Q
au réseau
au réseau
34
Machines SYNCHRONES Triphasées
V
I
A
O
4ème Cas
Q
Z.I
E
P
C
C est dans la Zone IV
P<0
Q>0
C’est un MOTEUR SYNCHRONE
qui consomme une Puissance Active
qui fournit une Puissance Réactive
P
Q
au réseau
au réseau
35
Chapitre 41
),
Machines SYNCHRONES Triphasées
Expression du Couple
P
C
E
Z.I
O
A
V
Q
I
= angle polaire
[ AP ] = E sin
V
P=3
[ AP ]
Z
Z = X (R 0)
P=3
VE
X
sin
C=3
VE
X
sin
36
*-
Machines SYNCHRONES Triphasées
Expression du Couple
C=3
Chapitre 41
VE
sin
X
V = tension
E = fem créée par la roue polaire
E=f( )=f(j)
j courant polaire
X = réactance synchrone = Cte
= S = Cte
à tension et fréquence constante, alors :
C = f ( sin
)
37
*.
Machines SYNCHRONES Triphasées
Chapitre 41
C
MOTEUR
<0
Zone de stabilité
>0
ALTERNATEUR
38
Machines SYNCHRONES Triphasées
*/
QCM
1. Qu'
est-ce qu'
un alternateur ?
2. Comment un alternateur est-il constitué ?
3. Comment le courant d'
excitation d'
un alternateur est-il produit ?
4. De quoi la fréquence produite par un alternateur dépend-elle ?
5. De quoi la FEM produite par un alternateur dépend-elle ?
6. Quelle grandeur doit-on modifier pour faire varier cette FEM ?
39