Dimensionnement hybride

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Terminale STI

Machine synchrone

Machine synchrone
1 Constitution

1.1 Rotor = inducteur Il est constitué d’un enroulement parcouru par un courant d’excitation Ie continu créant un champ magnétique 2p polaire. Il possède donc p paires de pôles. Remarques : • il faut apporter le courant à l’inducteur par l’intermédiaire de bagues et de balais. • le rotor peut être constitué par un aimantpermanent. 1.2 Stator = induit Les enroulements du stator sont le siège de courants alternatifs monophasés ou triphasés. Il possède le même nombre de paires p de pôles. 1.3 Champ tournant Les courants alternatifs dans le stator créent un champ magnétique tournant à la pulsation : ΩS = ou nS = f p ω p ΩS : vitesse de rotation du champ tournant en rad.s-1 ; ω : pulsation des courants alternatifs enrad.s-1. ω = 2.π.f ; nS : vitesse de rotation du champs tournant en trs.s-1 ; ƒ : fréquence des courants alternatifs en Hz ; p : nombre de paires de pôles.

1.4 Synchronisme Le champ tournant du stator accroche le champ inducteur solidaire du rotor. Le rotor ne peut donc tourner qu’à la vitesse de synchronisme ΩS . 1.5 Schémas • Répartition du champ magnétique dans l’entrefer d’une machinesynchrone.

bipolaire (p = 1)

tétrapolaire ou quadripolaire (p = 2)

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© Claude Divoux, 1999

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Terminale STI

Machine synchrone

Remarque : un champ magnétique à toujours deux pôles, un nord et un sud. C’est pourquoi on parle en terme de paire de pôles. • Représentation de deux types de machines synchrones.

Machine à pôles lisses

Machine à pôles saillants

2Symboles

Machine monophasée

Machine triphasée

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f.é.m. induite

Un enroulement de l’induit (stator) soumis au champ magnétique tournant de l’entrefer est le siège d’une f.é.m. e(t) de valeur efficace E. E = KNΦf = KNΦpnS = K' ΦnS
E K N Φ f p nS : f.é.m. induit (V) : coefficient de Kapp (caractéristique de la machine) : nombre de conducteurs d’une phase de la machine (1 spire = 2conducteurs) : flux maximum à travers un enroulement (Wb) : fréquence du courant statorique : nombre de paires de pôles : vitesse de rotation (trs.s -1)

finalement :

E = K' Φns

K’ = KNp : constante globale (caractéristique du moteur)

Remarques : • les enroulements sont disposés dans le stator de telle façon que la f.é.m. e(t) soit le plus possible de forme sinusoïdale ; • en triphasé le statorcomporte trois enroulements ou phases. On obtient trois f.é.m. e1 (t) e2 (t) et e3 (t) de même valeur efficace E et déphasées de 2π/3.

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© Claude Divoux, 1999

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Machine synchrone

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Modes de fonctionnement

La machine synchrone est réversible. 4.1 Fonctionnement en moteur Le champ tournant du stator « accroche » le champ lié au rotor à la vitesse ΩS =ω/p. 4.2 Fonctionnement en alternateur (génératrice) Le rotor et son champ sont entraînés par une turbine. Les bobines de l’induit sont alors le siège de f.é.m. alternative de pulsation ω = p.ΩS. Rappel : toute variation de champs magnétique à travers une bobine créée aux bornes de la bobine une f.é.m. induite.

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Réaction magnétique d’induit

En charge, le courant dans l’induit crée un champmagnétique qui modifie les caractéristiques de la machine. C’est ce que l’on nomme la réaction magnétique d’induit.

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Modèle équivalent d’un enroulement

6.1 Schéma dans le cas de l’alternateur E : f.é.m. à vide (V) V : tension aux bornes d’un enroulement de la machine (V) R : résistance de l’enroulement (Ω) X : réactance synchrone (Ω) Remarques : • l’inductance L du schéma tient compte del’inductance réelle de l’enroulement et de la réaction magnétique d’induit ; • le courant est orienté en convention générateur. • l’inducteur est équivalent à une résistance Toute l’énergie absorbée à l’inducteur est perdue par effet joule : Painducteur = Pjeinducteur

6.2 Loi des mailles Loi des mailles avec les grandeurs instantanées : soit : e = v + uX + ur e =v+L

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