Description de la machine synchrone

La machine synchrone se compose d’une partie tournante, le rotor, et d’une partie fixe, le stator. Le rotor peut se composer d’aimants permanents ou être constitué d’un bobinage alimenté en courant continu et d’un circuit magnétique (électro aimant).

Pour produire du courant, on utilise une force extérieure pour faire tourner le rotor : son champ magnétique, en tournant, induit un courant électrique alternatif dans les bobines du stator. La vitesse de ce champ tournant est appelée « vitesse de synchronisme ».

Il n’est pas possible de faire démarrer correctement, sans aide extérieure, une machine synchrone en connectant ses enroulements statorique directement sur un réseau alternatif.

Si l’on n’entraîne pas le rotor par une force extérieure, il est possible de la faire tourner en alimentant ses enroulements statorique par un courant alternatif dont la fréquence augmente progressivement de zéro à la fréquence de synchronisme et en faisant en sorte que la tension aux bornes des enroulements soit proportionnelle à la fréquence. Sa vitesse de synchronisme sera directement liée à la fréquence de l’alimentation électrique.

Un autre moyen de réaliser l’autopilotage de la machine, c’est-à-dire de maintenir l’orthogonalité du flux magnétique rotorique par rapport au flux statorique, par exemple, en disposant sur son axe un capteur qui délivre une information de la position du rotor. Cette information est traitée par un convertisseur électronique qui fournit le courant statorique à la machine, en phase avec sa force contreélectromotrice .

Stator
La machine synchrone triphasée comporte un stator fixe et un rotor mobile de l’axe de symétrie de la machine. Dans les encoches régulièrement réparties sur la face interne du stator ou sont logés trois enroulements identiques, à p paires de pôles ; leurs axes sont distants entre eux d’un angle électrique égal à 2π/3.

La vitesse de rotation du champ tournant est proportionnelle au nombre de pôles de la machine et à la pulsation des courants statoriques [5]. Ω =𝜔/P

Avec :
𝜔 : La pulsation des courants statoriques [rad / s].
p : Le nombre de paires de pôles de la machine
Ω : La vitesse de rotation de la machine [rad / s ].

Rotor à pôles saillants
◆ Souvent plusieurs paires de pôles (p >> 1), C’est le rotor seul qui présente des saillances.
◆ Les pôles saillants conviennent pour les alternateurs lents (centrales hydrauliques, par exemple centrales de pompage) car ils permettent une construction avec un grand nombre de pôles.
◆ Forme souvent aplatie. Exemple : pour un alternateur de 100 MVA 300 t/m : rotor de 5 m de diamètre et 1 m de longueur axiale).

Rotor à pôles lisses
◆ La répartition des encoches permet d’obtenir un champ sinusoïdal.
◆ Ce sont les rotors utilisés dans les alternateurs des centrales thermiques (nucléaires, gaz, mazout, charbon).
◆ Ordre de grandeur pour un alternateur de 100 MVA 3000 t/m : rotor de 1 m de diamètre et 5 m de longueur axiale .

Machine synchrone à aimants permanents (MSAP)

La machine synchrone à aimants permanents (MSAP) présente un stator semblable au stator de toutes les machines électriques triphasées. Le changement du bobinage rotorique par des aimants permanents apporte beaucoup de simplicité comme l’élimination des ballais (donc les pertes rotoriques).

Cependant, le flux rotorique n’est plus commandable. Selon la structure du rotor utilisé nous pouvons distinguer les différents types de machines synchrones à aimants permanents : machines à pôles lisses (aimants collés), et machines à pôles saillants (aimants enterrés ou à concentration de flux).

Avantages de la MSAP

La machine synchrone a beaucoup d’avantage par rapport aux autres types de machine .Parmi ces avantages on peut citer :
➤ Meilleur caractéristique thermique la localisation des pertes fers et joules au stator simplifie le refroidissement de la machine
➤ Pas de contacts glissants.
➤ Rendement et facteur de puissance élevés.
➤ Pas de courant d’excitation.
➤ Une capacité de fonctionnement avec une grande vitesse
➤ Puissance massique élevée.

Inconvénients de la MSAP 

Parmi les inconvenant de la MSAP on cite :
• Cout de la machine élevé
• Les vibrations et les chocs influent sur la structure de la machine
• Pertes par courant de Foucault dans les aimants.

Domaines d’application de MSAP

C’est ainsi que le moteur synchrone peut être très utile dans de nombreuses applications, comme :
– les équipements domestiques (machine à laver le linge).
– les automobiles.
– les équipements de technologie de l’information (DVD drives).
– les outils électriques, jouets, système de vision et ses équipements.
– les équipements de soins médicaux et de santé (fraise de dentiste).
– les servomoteurs.
– les applications robotiques.
– la propulsion des véhicules électriques et la propulsion des sous-marins.
– les machines-outils.
– les applications de l’énergie de l’éolienne.