Les moteurs électriques sont un dispositif électromécanique qui convertit l’énergie électrique en énergie mécanique. Sur la base du type d’entrée, nous l’avons classé en moteurs monophasés et triphasés.
Le type le plus commun de moteurs triphasés sont les moteurs synchrones et les moteurs à induction. Lorsque des conducteurs électriques triphasés sont placés dans certaines positions géométriques (c’est-à-dire dans un certain angle les uns par rapport aux autres) – un champ électrique est généré. Le champ magnétique tournant tourne à une certaine vitesse connue sous le nom de vitesse synchrone.
Si un électroaimant est présent dans ce champ magnétique tournant, l’électroaimant est magnétiquement verrouillé avec ce champ magnétique tournant et tourne avec la même vitesse de champ tournant.
C’est de là que vient le terme de moteur synchrone, car la vitesse du rotor du moteur est la même que celle du champ magnétique tournant.
C’est un moteur à vitesse fixe car il n’a qu’une seule vitesse, qui est la vitesse synchrone. Cette vitesse est synchronisée avec la fréquence d’alimentation. La vitesse synchrone est donnée par :
Où :
- N= La vitesse synchrone (en RPM – c’est-à-dire en tours par minute. Rotations par minute)
- f = La fréquence d’alimentation (en Hz)
- p = Le nombre de pôles
Construction du moteur synchrone
En général, sa construction est presque similaire à celle d’un moteur à induction triphasé, sauf le fait qu’ici nous alimentons le rotor en courant continu, dont nous expliquerons la raison plus tard. Voyons d’abord la construction de base de ce type de moteur. D’après l’image ci-dessus, il est clair que la façon dont nous concevons ce type de machine. Nous appliquons une alimentation triphasée au stator et une alimentation en courant continu au rotor.
Caractéristiques principales des moteurs synchrones
- Les moteurs synchrones ne sont par nature pas auto-démarrés. Ils ont besoin de certains moyens externes pour amener leur vitesse près de la vitesse synchrone à avant d’être synchronisés.
- La vitesse de fonctionnement de est en synchronisme avec la fréquence d’alimentation et donc pour une fréquence d’alimentation constante ils se comportent comme un moteur à vitesse constante indépendamment de la condition de charge
- Ce moteur a les caractéristiques uniques de fonctionner sous n’importe quel facteur de puissance électrique. Cela fait qu’il est utilisé dans l’amélioration du facteur de puissance électrique.
Principe de fonctionnement Moteur synchrone
Les moteurs synchrones sont une machine à double excitation, c’est-à-dire que deux entrées électriques lui sont fournies. Son enroulement statorique qui est constitué d’un Nous fournissons une alimentation triphasée à l’enroulement statorique triphasé, et un courant continu à l’enroulement rotorique.
L’enroulement statorique triphasé transportant des courants triphasés produit un flux magnétique tournant triphasé. Le rotor portant une alimentation en courant continu produit également un flux constant. En considérant la fréquence de puissance de 50 Hz, à partir de la relation ci-dessus, nous pouvons voir que le flux rotatif triphasé tourne environ 3000 tours en 1 min ou 50 tours en 1 sec.
A un instant particulier, les pôles du rotor et du stator pourraient être de la même polarité (N-N ou S-S) provoquant une force répulsive sur le rotor et l’instant d’après, il sera N-S provoquant une force attractive. Mais en raison de l’inertie du rotor, il est incapable de tourner dans n’importe quelle direction à cause de ces forces attractives ou répulsives, et le rotor reste à l’arrêt. Par conséquent, un moteur synchrone n’est pas auto-démarreur.
Ici, on utilise certains moyens mécaniques qui font initialement tourner le rotor dans la même direction que le champ magnétique jusqu’à une vitesse très proche de la vitesse synchrone. En atteignant la vitesse synchrone, le verrouillage magnétique se produit, et le moteur synchrone continue à tourner même après le retrait du moyen mécanique externe.
Mais en raison de l’inertie du rotor, il est incapable de tourner dans n’importe quelle direction à cause de ces forces d’attraction ou de répulsion, et le rotor reste en état d’arrêt. Par conséquent, un moteur synchrone n’est pas auto-démarreur.
Ici, nous utilisons certains moyens mécaniques qui font initialement tourner le rotor dans la même direction que le champ magnétique jusqu’à une vitesse très proche de la vitesse synchrone. En atteignant la vitesse synchrone, le verrouillage magnétique se produit, et le moteur synchrone continue à tourner même après le retrait du moyen mécanique externe.
Méthodes de démarrage du moteur synchrone
- Démarrage du moteur avec un moteur primaire externe : Les moteurs synchrones sont couplés mécaniquement avec un autre moteur. Il peut s’agir d’un moteur à induction triphasé ou d’un moteur shunt à courant continu. Ici, on n’applique pas l’excitation CC au départ. Le moteur tourne à une vitesse très proche de sa vitesse synchrone, puis nous appliquons l’excitation CC. Après un certain temps, lorsque le verrouillage magnétique a lieu, l’alimentation du moteur externe est coupée.
- Enroulement amortisseur Dans ce cas, le moteur synchrone est de type à pôles saillants, un enroulement supplémentaire est placé dans la face polaire du rotor. Initialement, lorsque le rotor ne tourne pas, la vitesse relative entre l’enroulement amortisseur et le flux d’entrefer en rotation est grande et une emf est induite dans celui-ci qui produit le couple de démarrage requis. Au fur et à mesure que la vitesse s’approche de la vitesse synchrone, la force électromotrice et le couple sont réduits et finalement, lorsque le verrouillage magnétique se produit, le couple est également réduit à zéro. Donc, dans ce cas, le moteur synchrone fonctionne d’abord comme un moteur à induction triphasé en utilisant un enroulement supplémentaire et finalement il est synchronisé avec la fréquence.
Application des moteurs synchrones
- Le moteur synchrone n’ayant aucune charge connectée à son arbre est utilisé pour l’amélioration du facteur de puissance. En raison de ses caractéristiques pour se comporter à n’importe quel facteur de puissance électrique, il est utilisé dans le système de puissance dans des situations où les condensateurs statiques sont coûteux.
- Le moteur synchrone trouve une application où la vitesse de fonctionnement est moindre (environ 500 tr/min) et une puissance élevée est requise. Pour les besoins de puissance de 35 kW à 2500 KW, la taille, le poids et le coût du moteur à induction triphasé correspondant sont très élevés. Ces moteurs sont donc utilisés de préférence. Ex- pompe à piston, compresseur, laminoirs etc.