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Machines synchrones

Machines synchrones. Construction. • Les alternateurs de forte puissance à basse vitesse ont de nombreuses paires de pôles. • Ces alternateurs sont souvent.



LES MACHINES SYNCHRONES

La machine synchrone est une machine à champ magnétique tournant qui présente 2p pôles magnétiques au rotor ainsi qu'au stator. p représente le.



Cours et Problèmes

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Electrotechnique

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La machine synchrone Page 1/6 MS 3~ II 2 L'induit : L'induit est la partie fixe de l'alternateur c'est-à-dire le stator

:

Machines synchrones

• 1

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Gérard-André CAPOLINO

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• 2

Machines synchrones

Machine à pôles lisses• Le stator est un circuit magnétique circulaire encoché • Un bobinage triphasé est placé dans les encoches • Le rotor est également un circuit magnétique circulaire • Un enroulement continu multi-polaire est placé dans des encoches au rotorConcept (machine à 2 pôles) N S A- B+ A+ C+ C- B- A B C

Stator

Encoches

et bobines

Rotor avec

bobinage continu

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• 3

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Machine à pôles saillants• Le stator a un circuit magnétique encoché avec un bobinage triphasé • Le rotor a des pôles saillants • Un courant continu alimente le rotor à travers des bagues et des balais • Le nombre de pôles varie de 2 à

128 ou plus•Concept (machine à 2 pôles)

N S A B+ C+ B- A C-

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• 4

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StatorRotor

Connections

Roulement

à billes

Bobinage statorBobinage rotor

Carcasse et conduit

de refroidissement Arbre

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• 5

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Construction• La figure montre le circuit

magnétique avec le bobinage • Le bobinage consiste en des barres de cuivre isolé avec du mica et de la résine epoxy • Les conducteurs sont maintenus par des cales d"acier • Dans les machines de grande dimension le stator est refroidi par du liquide

Construction

encoches videsBobinesisolées

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• 6

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Stator• Circuit magnétique

avec encoches • Carcasse d"acier

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• 7

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Détails du stator• Les bobines sont

placées dans des encoches • Ces bobines sont connectées entre elles pour former l"induit

EncochesBobine

Tête de bobine

Circuit magnétique

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• 8

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Rotor à pôles lisses• Les pôles lisses sont utilisés pour les grandes vitesses (1500t/min,

3000t/min)

• Une pièce d"acier forgée est placée sur l"arbre avec des encoches fraisées et des barres de cuivre isolées comme conducteurs • Les encoches sont fermées par des cales pour maintenir les conducteurs

Encochage sur le pôle

Encoche

de ventilation

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• 9

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Rotor àpôles lisses

Encochage sur le pôle

Encoche

de ventilation

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• 10

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Détails du rotor

Anneau

de maintien

Tête

de bobine

Isolant

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• 11

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Rotor à pôles lisses

Anneau d"acier

Bornes de l"alimentation continue

Encoches

Arbre

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• 12

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Construction (rotor à pôles

saillants) • Les pôles sont solidaires de l"arbre • Chaque pôle possède un enroulement à courant continu connecté aux bagues • Une source continue alimente des balais qui frottent sur les bagues • Un ventilateur est monté sur l"arbre pour refroidir l"ensemble stator-rotor

Rotor à pôles saillants

Commutateur

Ventilateur

Bagues

ExcitatriceFin de bobine

Pôle

PaleS NN

ExcitatriceCommande

Diodes

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• 13

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Construction• Les alternateurs de forte

puissance à basse vitesse ont de nombreuses paires de pôles • Ces alternateurs sont souvent verticaux • La figure montre un rotor d"alternateur horizontal avec ses pôles, sa cage d"amortisseurs et ses bagues pour amener le courant inducteur •Construction

Pôles inducteur

Bobinages

inducteurSupport

BaguesCage d"écureuil

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• 14

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Fonctionnement• Le rotor est alimenté par un courant continu I f qui génère le flux F f • Le rotor est entraîné par une turbine

à vitesse constante n

s • Le champ tournant induit une tension dans les enroulements du stator • La fréquence de cette tension induite dépend de la vitesse de rotation

Fonctionnement

(2 pôles) N S A B+C+ B- A C- FluxF f ns

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• 15

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•Fonctionnement• La relation fréquence-vitesse est : f = (p/ 2) (n s/ 60) = pn s / 120 p est le nombre de pôles • Pour 50Hz la vitesse de rotation est 3000 t/min pour 2pôles, 1500 t/min pour 4 pôles, 1000 t/min pour 6 pôles .... • La valeur efficace de la tension induite est : E a n = E rms 0o Ebn = E rms - 120 o Ec n = E rms - 240 o • avec : E rms = (k wwN aF f )/ 2 = 4.44 k wf N aF f kw= 0.85 à 0.95 est le coefficient de bobinage

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• 16

Machines synchrones

Fonctionnement• A vide la tension induite est

égale à la tension de sortie

• En charge, la tension induite donne un courant de charge I a • Le courant de charge produit un flux FFFF ar qui réduit le flux inducteur (réaction d"induit) • Le flux induit a une amplitude constante et tourne à la vitesse synchrone avec le flux inducteur

Fonctionnement (2 pôles)

Flux induit

F ar N S A B+C+ B- A C- ns Flux inducteur F f

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• 17

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Fonctionnement• Le flux induit donne une tension E s dans les enroulements du stator • Cette tension est soustraite de la tension induite en terme de phaseur : V t=Ef-Es • La tension E speut être représentée par une réactance d"induit fois le courant de sortie : E s= I aj X ar •Fonctionnement (2 pôles)

Flux induit

F ar N S A B+C+ B- A C- ns

Flux F

f

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• 18

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Fonctionnement• La réactance est :

FFFF ar N a = L ar Ia Lar= FFFF ar Na/ I a Xar = wwwwL ar = wwww(FFFF ar Na/ I a)

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• 19

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Fonctionnement• La tension aux bornes est :

V t = E f - E s= E f- I a j X ar • Le schéma équivalent est une source de tension E fen série avec une réactanceX ar • L"enroulement statorique possède en plus une résistance et une réactance de fuite x fuite •X ar+ x fuite est appelée réactance synchrone X sy n • La valeur de cette réactance est souvent supérieure à 1pu

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• 20

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Fonctionnement• La réactance synchrone est donnée en % Xquotesdbs_dbs10.pdfusesText_16
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