La Machine Synchrone PDF [PDF]

Zitiervorschau

LA MACHINE SYNCHRONE Cours préparé par : prof. Lahcen Amri

PLAN DU COURS I. Introduction II. Etude générale d’un alternateur III. Fonctionnement en alternateur autonome IV. Fonctionnement d’un alternateur couplé au réseau

INTRODUCTION : Une machine synchrone est une machine tournante réalisant de façon réversible la conversion d'énergie mécanique en énergie électrique alternative : ➢La génératrice synchrone ou alternateur réalise la conversion d'énergie mécanique en énergie électrique. ➢ Le moteur synchrone réalise la conversion inverse.

INTRODUCTION : • La machine synchrone se compose de deux parties essentielles : ➢ La stator : est similaire à celui de la machine asynchrone, son rôle est de produire un champ magnétique tournant. ➢ Le rotor : est la partie mobile de la machine, il est constitué soit en aimant ou en électroaimant

INTRODUCTION : Le Rotor : Rotor à pôles lisses

INTRODUCTION : Le Rotor : Rotor à pôles Saillants

INTRODUCTION : Le Stator: ❖ Le stator comporte un bobinage à q phases (généralement q =1 ou q =3) et doit avoir le même nombre de pôles que le rotor.

ETUDE GÉNÉRALE D’UN ALTERNATEUR

1- Fonctionnement à vide : • Pour simplifier le raisonnement supposons que le stator de l’alternateur ne comporte qu’un seul bobinage par phase. Faisons maintenant passer un courant continu dans le rotor et faisons-le tourner à une vitesse N . Nous savons que le champ produit par un aimant qui se déplace devant un fil conducteur engendre dans ce fil, une force électromotrice : ➢ Dont la valeur est proportionnelle au champ et à la vitesse de rotation de l’aimant, ➢ Dont le sens est donné par la règle du tire-bouchon

ETUDE GÉNÉRALE D’UN ALTERNATEUR

1- Fonctionnement à vide : Formule générale : E=2,22 kf kb f N Φ ❖ Kf : coefficient de forme (le champ n’est pas sinusoïdal Kf peut être >1)

❖ Kb : coefficient de bobinage (Kb 0 - Si la charge est résistive j = 0

- Si la charge est capacitive j < 0

ETUDE GÉNÉRALE D’UN ALTERNATEUR

1- Fonctionnement en charge: ➢ Caractéristique en charge : Lorsque l’alternateur fonctionne , la chute de tension est d’autant plus importante que le circuit est inductif ;il peut y avoir une surtension au bornes des récepteurs lorsque le circuit est trop capacitif

ETUDE GÉNÉRALE D’UN ALTERNATEUR

1- Fonctionnement en charge: ➢ Caractéristique en charge : Les courbes ci-dessous ont été tracées pour la même vitesse de rotation et pour un courant d’excitation constant afin de mettre en évidence la variation de la chute de tension en fonction de la nature du circuit alimenté

ETUDE GÉNÉRALE D’UN ALTERNATEUR

1- Fonctionnement en charge: ➢ Diagramme des tensions et autre expression de la f.é.m.. Reprenons l’expression de la f.é.m et supposons que la chute due à la résistance négligée : = Lw 𝑰റ +𝑽 ou 𝑬 = 𝑽+ Lw𝑰 ➢ E=V(cosφ+jsinφ) +jLwI ➢𝑬

ETUDE GÉNÉRALE D’UN ALTERNATEUR

1- Fonctionnement en charge: ➢ Diagramme des tensions et autre expression de la f.é.m.. On peut aussi appliquer la relation Ci-dessous en considérant le triangle rectangle OAB, rectangle en A : OB² = OA² + AB² =OA² + (AC + CB)² En remplaçant par leur valeur : E² =(Vcos )² + (LwI + V sin )² En développant on obtient : E² = V² + 2V.LwI.sin +( LwI )²

ETUDE GÉNÉRALE D’UN ALTERNATEUR

1- Fonctionnement en charge: ➢ Diagramme de fonctionnement en charge Les paramètres de fonctionnement de l’alternateur sont : 1- La vitesse N 2- La tension V 3- Le courant de charge I 4- Le courant d’excitation Iex 5- Le facteur de puissance cos φ

ETUDE GÉNÉRALE D’UN ALTERNATEUR

1- Fonctionnement en charge: ➢ Diagramme de fonctionnement en charge Si la charge est résistive alors : • - Le cosj =1 ; le courant et la tension aux bornes de la charge sont en phase, la représentation de Fresnel de l’équation précédente devient

ETUDE GÉNÉRALE D’UN ALTERNATEUR

1- Fonctionnement en charge: ➢ Diagramme de fonctionnement en charge Si la charge est inductive alors : • le courant et la tension aux bornes de la charge sont déphasé par un angle j positive , la représentation de Fresnel de l’équation précédente devient

L’alternateur produit de la puissance active et de la puissance réactive L’alternateur est surexcité

ETUDE GÉNÉRALE D’UN ALTERNATEUR

1- Fonctionnement en charge: ➢ Diagramme de fonctionnement en charge Si la charge est capacitive alors : • le courant et la tension aux bornes de la charge sont déphasé par un angle j négative , la représentation de Fresnel de l’équation précédente devient :

L’alternateur produit de la puissance active et consomme la puissance réactive, on dit que l’alternateur est Sous excité

APPLICATION Un alternateur triphasé dont le stator est câblé en étoile, fournit entre phases une tension constante U = 2400 V, 50 Hz. Le relevé des caractéristiques à vide et en court-circuit est résumé ci-dessous Dans ce tableau, i représente l’intensité d’excitation, E la f.é.m. entre phase et neutre, l’intensité de court-circuit dans les enroulements statoriques. La résistance entre phase et neutre, mesurée à chaud, est 0,08W. • Tracer la caractéristique à vide (10 mm pour 100 V, 15 mm pour 1 A). • Le rotor tourne à 150 tr/min. Quel est le nombre de pôles ? • Calculer l’impédance d’un enroulement du stator (réactance synchrone supposée constante). L’alternateur débite 1000 A dans un circuit inductif de facteur de puissance 0,8. • a) Déterminer graphiquement la f.é.m. de l’alternateur entre phase et neutre. i(A) 0 0,5 1 1,5 3 4 5 6 7 8 9 10 E(V) 0 200 400 600 1200 1500 1660 1720 1760 1780 1790 1800 Icc(A)

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