Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Cours d’électrotechnique PARTIE N°3 : LE MOTEUR MACHINE TOURNANTE A COURANT ALT

Cours d’électrotechnique PARTIE N°3 : LE MOTEUR MACHINE TOURNANTE A COURANT ALTERNATIF LES MACHINES SYNCHRONES Page n° 3-1 Les machines électriques - les machines synchrones - le moteur 1. Principe de fonctionnement.............................................................................................................................2 1.1. Principe de base.....................................................................................................................................2 1.2. Création du couple.................................................................................................................................2 1.3. Génération d’un couple utilisable..........................................................................................................2 1.4. Conclusion.............................................................................................................................................3 2. Diagramme des inductions..............................................................................................................................4 3. Les chutes de tension en charge......................................................................................................................5 3.1. La résistance...........................................................................................................................................5 3.2. le circuit magnétique..............................................................................................................................5 3.3. La FEM d’auto induction.......................................................................................................................5 3.4. La FCEM...............................................................................................................................................6 3.5. La réaction d’induit................................................................................................................................6 4. La vitesse de rotation.......................................................................................................................................7 5. Etude du moteur..............................................................................................................................................9 5.1. Schéma de câblage.................................................................................................................................9 5.2. La courbe en vé......................................................................................................................................9 5.2.1. Mode opératoire...........................................................................................................................9 5.2.2. Courbe........................................................................................................................................10 5.2.3. Explication physique..................................................................................................................10 5.3. La courbe en cloche.............................................................................................................................13 5.3.1. Mode opératoire.........................................................................................................................13 5.3.2. Courbe........................................................................................................................................13 5.3.3. Explication physique..................................................................................................................14 5.4. La courbe de vitesse.............................................................................................................................15 5.4.1. Mode opératoire.........................................................................................................................15 5.4.2. Courbe........................................................................................................................................15 5.4.3. Explication physique..................................................................................................................16 6. Bilan énergétique...........................................................................................................................................17 6.1. La puissance absorbée..........................................................................................................................17 6.2. Les pertes constantes............................................................................................................................17 6.3. Les pertes par effet joule......................................................................................................................17 6.4. Les pertes supplémentaires..................................................................................................................17 6.5. Le rendement.......................................................................................................................................17 7. Schéma équivalent du moteur.......................................................................................................................18 8. Equation de fonctionnement du moteur........................................................................................................18 9. Le moteur dans l’hypothèse de FRESNEL...................................................................................................18 9.1. Hypothèse............................................................................................................................................18 9.2. Comment évolue I pour une charge variable.......................................................................................18 9.3. Comment évolue le déphasage si i varie et U constant........................................................................19 9.4. Comment fournir un couple à puissance active constante...................................................................19 10. Le moteur dans l’hypothèse de BEHN-ESCHENBURG.........................................................................21 10.1. Hypothèse........................................................................................................................................21 10.2. Comment évolue I pour i constant..................................................................................................21 11. Que faire contre les variations brusques de charge...................................................................................22 12. Démarrage d’un moteur synchrone..........................................................................................................23 12.1. Utilisation d’un moteur auxiliaire :.................................................................................................23 12.2. Utilisation d’une excitatrice............................................................................................................23 12.3. Démarrage en asynchrone synchronisé...........................................................................................23 13. Usages – avantages – inconvénients.........................................................................................................23 14. Exercices...................................................................................................................................................24 Cours d’électrotechnique TABLE DES MATIERES Page n° 3- 2 Les machines électriques - les machines synchrones - le moteur 1. 2. Principe de fonctionnement 2.1. Principe de base La seule chose que l’on attend d’un moteur synchrone, c’est qu’il produise un couple afin d’être capable d’entraîner une charge. La vitesse devra être constante et ne pas variée lorsque la charge augmente. Le principe même de la génération du couple est basé sur les lois de l’électromagnétisme. En effet, nous allons ici exploiter d’une part le champ tournant et d’autre part associer à ce dernier la polarisation de la partie fixe qui se mettra dès lors en rotation pour suivre le champ. Le principe est donc basé sur l’attraction de pôle opposés. Le champ tournant prendra son siège au stator et ce dernier sera alimenté par une tension réseau triphasée. La polarisation du rotor se fera via les noyau ou des bobinages seront placés pour créer des champs suite au passage de courant continu. Cette partie de la machine sera donc alimentée par une tension continue. Nous pouvons donc dire que nous allons avoir un accrochage du champ fixe sur le champ tournant. Je conclu donc que le rotor tournera à la vitesse du synchronisme. 2.2. Création du couple Considérons le stator de la machine constitué de trois bobines constituées chacune de une spire et donc de deux conducteurs actifs. Ces dernières alimentées sous tension alternative sinusoïdale vont de par leur disposition sur le stator avec des angles de 120° entre elles vont engendrer par combinaison des flux statoriques un champ tournant statorique. La description de ce phénomène peut être relu dans la description de cette machine. D’autre part, nous avons au rotor la polarisation des pôles par circulation d’un courant continu dans les bobinages rotoriques. Nous savons que le champ tournant statorique peut être modélisé par un pôle nord et un pôle sud qui serait mis en rotation à la vitesse du synchronisme fixée par la fréquence de la tension réseau. Le rotor lui possède également un ou plusieurs pôles nord et sud. Je peux donc déduire que les pôles des deux parties vont s’accrocher entre eux exigeant ainsi la mise en rotation du rotor. Les champs en présence seront donc l’image des forces et l’angle entre les deux champs le bras de levier. 2.3. Génération d’un couple utilisable Nous venons de dire ci-dessus que le couple devait son existance au deux champs en présence, je peux donc en déduire que la valeur de ce couple sera fonction de ces deux derniers. Hors la force d’un champ peut être caractérisé comme étant la force d’attraction des pôles. Cette force sera donc fonction des champs statoriques et des champs rotoriques. Ces champs sont donc fonction du courant qui traverse les bobinages mais aussi du nombre de spires formant ces mêmes bobinages. Je peux donc conclure que j’obtiendrais un couple utilisable moyennant un nombre plus ou moins important de spires au droit de chaque bobinage. Ces spires devront être placées dans des encoches réalisées à cet effet sur les masse magnétique de la machine. En pratique, il sera impossible de placer toutes les spires d’une même bobine dans la même encoche ce qui exigera de réaliser plusieurs encoches et de répartir ainsi le bobinage sur la périphérie du stator ou du rotor. Cours d’électrotechnique Page n° 3- 3 Les machines électriques - les machines synchrones - le moteur 2.4. Conclusion Soit une tension continue appliquée sur l’enroulement inducteur de la machine, ce dernier ayant une résistance, nous allons avoir circulation d’un courant continu qui va créer au sein du rotor des flux continus qui vont polariser les noyaux. Le stator lui est alimenté par une tension alternative triphasée, ce qui entraîne la circulation d’un courant alternatif dans ces bobinages puisque ceux-ci offrent une résistance propre. Ces courants statoriques vont engendrer la création des trois flux qui vont ensemble former le champ tournant statorique. Les deux phénomènes liés entre eux engendre en quelque sorte un accouplement magnétique entre le champ tournant et le rotor. Comme le champ statorique à une vitesse, le rotor se met en mouvement. Cours d’électrotechnique Page n° 3- 4 Les machines électriques - les machines synchrones - le moteur 3. Diagramme des inductions Le couple moteur résultant de l’action mutuelle du champ rotorique et du champ statorique a pour expression :    sin . . rotorique statorique C  Théta est donc le déphasage éventuel entre le champ statorique tournant et le champ rotorique. Le couple est nul pour théta = 0 et maximale pour théta = pi/2. L’angle théta est appelé décalage angulaire et variera avec le couple demandé au moteur. A vide : comme le couple est uniquement demandé pour vaincre le couple propre de la machine, le décalage est donc presque nul. En charge : Comme la charge augmente, le couple résistant augmente et le décalage augmente Vous voyez aisément que si le couple est maximum pour un décalage de 90°, il va de soit que si le couple résistant continue à augmenter, le décalage va lui aussi augmenter mais le couple moteur lui ne va plus augmenter. Il va même diminuer ce qui entraîne le décrochage du moteur. Nous ne pourrons donc jamais dépasser cet angle ce qui sous- entend que la charge maximum est imposée pour un moteur synchrone. Les protection devront donc être choisies non seulement en fonction du courant absorbé mais aussi en fonction de ce décalage qui retrouvera son image au niveau du courant. Cours d’électrotechnique Page n° 3- 5 Les machines électriques - les machines synchrones - le moteur 4. Les chutes de tension en charge Nous savons que nous appliquons une tension réseau aux bornes de nos enroulements statoriques, la question que l’on pourrait se poser est de savoir si le courant poussé des les conducteurs en vu de la génération des flux est directement lié à cette tension. Nous savons que toute machine offre des chutes de tension de tout type qui réduisent ainsi la tension réellement appliquée aux bobinages. Voyons quel en sont les types pour le moteur synchrone. 4.1. La résistance Nous savons que les bobinages statorique sont constitués de fil de cuivre et que ces derniers offrent une certaine résistance. Lorsque ces derniers vont être parcouru par le courant, il vont donc être le siège de chute de tension qui vont se soustraire à la tension du réseau. De plus, les bobinage seront caractérisé par une impédance et non une résistance, ce qui doit nous montrer que la chute de tension ohmique se somme vectoriellement à la tension du réseau. De plus, je sais que la chute de tension ohmique sera toujours proportionnelle au courant. L’allure de ces chutes en fonction du courant sera donc une droite. 4.2. le circuit magnétique Nous savons que la machine est aussi constituée de circuit magnétique dont le rôle est de permettre la conduction des différents champs en présence dans la machine. Il s’agit du circuit magnétique du stator et du circuit magnétique du rotor. Chacun de ces circuit magnétique va conduire le flux statorique et le flux rotorique. Le flux rotorique sera fonction du courant d’excitation ou courant inducteur tandis que le champs statorique sera lui fonction du courant de charge ou courant absorbé au réseau. Chacun de ces flux évoluera donc en fonction de la charge ou plus précisément du couple résistant. On peut conclure que les flux en présence peuvent devenir important. Les circuit magnétique étant ce qu’ils sont, ils uploads/Industriel/ machine-ac-synch-mot.pdf