Machine synchrone

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Machine synchrone

• Champ magnétique tournant
• Une aiguille aimantée est une source de champ
  magnétique.
• Plaçons au-dessus de cette aiguille un aimant en
  U pouvant tourner autour dun
• axe vertical.
• La rotation de laimant en U crée un champ
  magnétique tournant. Ce champ
• entraîne laiguille qui tourne à la même vitesse.
  On dit que la rotation est
• synchrone. La vitesse de rotation du champ
  magnétique tournant est appelée
• vitesse de synchronisme, notée Os ( en rad/s ) ou
  ns ( en tr/s ).
• Si on remplace laiguille par un disque
  conducteur,celui-ci se met à tourner
• mais avec une vitesse inférieure à la vitesse du
  champ. On dit que la rotation
• est asynchrone.

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2. Constitution

• Une machine synchrone est une machine réversible.
• PM
  Pélectr Pélectr
  PM
• Génératrice
  Moteur
• Une machine synchrone est constituée de
• - Rotor (Roue polaire ) cest linducteur. Les
  enroulements du rotor étant parcourus par un
  courant continu, le rotor se comporte comme un
  aimant. Sa rotation donne un champ magnétique
  tournant.
• Il existe des rotors à pôles lisses ( vitesse
  importante ) et des rotors à pôles
• saillants ( vitesse lente ) à grand nombre de
  pôles ( ex 40 pôles ).
• si le nombre de pôles 40 le nombre de paires
  p 20.
• - Stator cest linduit. Il possède 3
  enroulements ( système triphasé ).
• Il doit être feuilleté parce quil est placé dans
  un champ tournant.

MS
3
Symbole de la Ms

• Machine synchrone monophasée Machine
  synchrone triphasée
• Induit
• (Stator )
• Inducteur
• ( Rotor )

MS
MS 3
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3. Alternateur triphasé

• 3.1 Plaque signalétique
• Exemple 1,2 kVA 1500 tr/min 50 Hz
• Stator en triangle 230 V 3,1 A
• Stator en étoile 400 V 1,8 A.
• Rotor 70 V 2,6 A.
• 3.2 Étude à vide
• Lalternateur est entraîné en rotation par un
  moteur à courant continu ( MCC) à
• excitation série. Les 3 enroulements statoriques
  sont laissés ouverts.
• E
• (V)
  n 1500 tr/min
• 50
  Courbe de première
  aimantation
• 0,2
  Ie ( A )
• 
  (courant dans les enroulements du rotor )

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• Les tensions aux bornes des enroulements
  statoriques sont égales aux f.é.m.
• induites par le champ tournant créé par la roue
  polaire ( le rotor ).
• Le stator est le siège dun système triphasé
  équilibré de tensions induites
• e1 Ev2 sin ( 2p f t )
• e2 Ev2 sin ( 2p f t - )
• e3 Ev2 sin ( 2p f t - )
• La fréquence de ces tensions est f f pn
  f en Hertz p nombre de paires
• de pôles n fréquence ( ou vitesse ) de
  rotation ( en tr/s ).
• La valeur efficace des f.é.m. induites a pour
  expression
• N
  nombre de conducteurs dune phase du stator
• K
  coefficient de Kapp dépend de la machine
• F
  flux maximal dans une spire du stator ( en Wb)

E KNnpF KNfF
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• Exemple Alternateur tétrapolaire ayant 96
  conducteurs au stator avec K 2,15
• et E 230V. Lalternateur a une vitesse n
  1500 tr/min. Quelle est la valeur
• du flux maximal F ?
• 3.3 Modèle équivalent dune phase de
  lalternateur
• i
• r
  LS
• ur
  uLs
• e
  
  v
• Les notation i et v supposent un alternateur
  couplé en étoile.
• r résistance dun enroulement statorique ( r en
  O ).
• LS inductance dite synchrone ( LS en H ).
• Loi des mailles v
  ou e
• Lalternateur fonctionnant en régime sinusoïdal,
  on peut associer à v, e, ur, uLS

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• les vecteurs de Fresnel.
• 
  ou
• Ur rI ULS LS?I donc ZLS LS?
• Diagramme de Fresnel
• 
  f
• O
  
  x
• E 230 V r 4,9 O LS? 84,5 O I 1,8
  A charge inductive de facteur
• de puissance 0,93. Déterminer la valeur efficace
  V de v.

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• 3.4 Bilan des puissances
• Puissance mécanique reçue PM PM TMO.
• TM moment du couple dentraînement.
• Puissance reçue par le rotor Pe UeIe ReIe2
• Re résistance du bobinage du rotor.
• Puissance absorbée Pabs PM Pe
• Puissance utile Pu v3UIcosf
• U tension efficace entre phases
• I intensité efficace du courant en ligne
• Cosf facteur de puissance de la charge.
• Pertes - pertes dans le fer ( hystérésis et
  courants de Foucault ) elles
• dépendent de f et de V
• - pertes mécaniques ( frottements
  ) elles dépendent de f.
• - pertes par effet joule
  statorique PJS

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• en étoile PJS 3rI2 r résistance
  dun enroulement.
• en triangle PJS 3rJ2
• ( étoile ou triangle ) PJS RI2
  R résistance entre deux bornes du
• stator.
• - pertes par effet Joule rotorique
  PJr Pe
• Pfer et Pm sont constantes si f et U sont
  constantes.
• 3.5 Rendement
• ?
• Exemple K 2,15 E 230 V n 1500 tr/min
  N 32 p 2 Sn 1,2 kVA.
• Charge résistive résistance dun enroulement
  statorique r 4,9 O Ie 2,6A
• Pc Pfer pm 70 W I 1,8 A ( étoile ) I
  3,1A ( triangle ). ? ?

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4. Moteur synchrone triphasé

• 4.1 Principe
• Le stator alimenté en triphasé, crée un champ
  tournant à la fréquence de
• rotation n et entraîne en rotation le
  rotor.
• Le champ tournant statorique et celui créé par le
  rotor tournent au
• synchronisme.
• 4.2 Modèle équivalent
• r
  LS i
• e ur
  uLS v
• 
  r résistance dun enroulement
  négligeable

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4.3 Bilan des puissances

• Pa v3UIcosf
• Pu TuO
• Le rendement ?
  
• 4.4 Utilisation des machines synchrones
• Alternateur On lutilise pour produire du
  courant en monophasé(groupe
• électrogène ) comme en triphasé ( dans les
  centrales électriques ).
• Moteur - Pour un réseau de fréquence fixe,
  n f/p on a quune seule
• Vitesse.
• - Pour faire varier la
  vitesse du moteur, il faut faire varier la
• fréquence des grandeurs statoriques. Pour cela,
  on utilise un onduleur comme
• variateur de vitesse. Il est autopiloté et
  présente les mêmes avantages quun
• MCC série. Il est ainsi utilisé dans les TGV
  Atlantique.
• - Petites puissances dans
  les servomécanismes.