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Electromécanique I

13 Moteur synchrone Christian Koechli

13. Moteur synchrone

Objectifs du cours

• Principe de fonctionnement

• Equations de tension induite

• Equations de couple

• Modes d’alimentation


Principe de fonctionnement

• Champ tournant statorique ws≠0

• Champ continu rotorique wr=0

• Le rotor tourne à vitesse synchrone (= vitesse du champ

tournant)

• Le couple est dû à l’interaction de ces deux champs


N

S

N

S

Génération d'un couple électromagnétique par interaction de champs magnétiques


N

S

d



N

S

N

S

Bs

Br

N S

S

N

N

S

S N



N

S

d

d

N

N

S N S

S

S

N

Bs

Br



N

N

S

N S

S

S N

Bs

Br



Champ tournant statorique


Champ rotorique

N


Champs en phase: couple nul

N


Champs déphasés (moteur)


Champs déphasés (génératrice)


Modes d’utilisation

• Autocommutation

=> angle entre les champs statorique et rotorique fixe

=> fonctionnement à vitesse variable

=> le couple moteur varie en fonction du courant.

• Fonctionnement en boucle ouverte

=> angle dépendant de l’état de charge

=> fonctionnement à vitesse fixe

=> le couple moteur varie en fonction de la charge.

13. Moteur synchrone Moteur synchrone structures rotoriques


Moteur à aimants tangentiels éléments finis


Moteur à magnétisation tangentielle (Bosch ebike)

Source:ebikee.com


Variantes


Moteur CCSC de pompes immergées

13. Moteur synchrone Moteurs à rotor externe


Moteur à rotor externe

rcuniverse.com


Bobinage concentrique


Bobinage réparti


Bobinage dans l’entrefer


Moteur à flux axial


g

dra

hg

ef

dmi

dma

m ef

ax

cgbg

g

N S N

S

S

Rotor à griffes


Equation de tension induite

11 1

1 1 1

1 1

111 1

ss

s s e

e e e

es s e

du R i

dt

L i

N

diu R i L N

dt


Equation de tension induite

11

1

1

111 1

11 1

ˆ cos( )

ˆ sin( ) sin( )

sin( )

ee e

e es

e es e e

es s e

s s e

u N

p

u p N p k t

diu R i L N

dt

diu R i L k t

dt

w

w

Ke: coefficient de tension induite [Vs]


Schéma équivalent

ÛS

RS jXS

Ûes = ke.Ω

ÎS

Ûs = Rs.Îs + j Xs.Îs + Ûe

13. Moteur synchrone Diagramme tension - courant

Ûe

Û

ε

φ Î

ψ

RsÎ

ZsÎ

φS

jXsÎ

Ûs = Rs.Îs + j Xs.Îs + Ûe

jXsÎ

Ûe

Î

Û

RsÎ ZsÎ

φS

ε,φ

ψ = 0

jXsÎ

Ûe

Î

Û

RsÎ ZsÎ

φS

ε,φ

ψ = π


Expression du couple

1 2 31 2 3

e e ee e eM N i N i N i


Autocommutation

• On détermine la position du champ tournant en fonction

de la position du rotor

• => Capteurs de position du rotor

• Modes d’alimentation

– En courant

– En tension


Couple en régime sinusoïdal

M = 3/2 ke.Îs.cosψ

Source de courant

M = 3/2 ke/Zs.[Ûs.cos(φs – ε) – ke.Ω.cosφs]

Source de tension

M = 3/2 ke/Zs.[Ûs.cos(φs – ε) – ke.Ω.cosφs] = Mr Circuit ouvert

M = 3/2 ke/Zs.[Ûs.cos(φs – ε) – ke.Ω.cosφs] = Mr

Auto-commuté


Choix pour l’autocommutation

• Alimentation en courant

• Alimentation en tension: maximum de couple

• Alimentation en tension: maximum de rendement

• Alimentation en tension: angle de commutation fixe

M = 3/2 ke.Îs.cosψ

M = 3/2 ke/Zs.[Ûs.cos(φs – ε) – ke.Ω.cosφs]


Caractéristique de couple


Réalisation de l’autocommutation: pont triphasé

UDC

T1

T2

T3

T4

Rshunt: mesure de courant

T5

T6


Modes de fonctionnement

• Boucle ouverte, sinus

• Boucle ouverte, mode pas-à-pas

• Boucle fermée, 120°

• Boucle fermée, 180° (historique)

• Boucle fermée, sinus

• Boucle fermée, sensorless


Alimentation à 120°

UDC

T1

T2

T3

T4


T5

T6


X V

Y

X

U

X

X W

Z

Champ «tournant» en 120°

U-W+

U+W-

V-W+

V+W-

U+V-

U-V+


T3

T5

T/2 T

T1

T2

T4

T6

uph

Commutation à 120°


Alimentation 3 phases ON

UDC

T1

T2

T3

T4


T5

T6


Boucle fermée sinus

• Le moteur est alimenté avec un courant triphasé

sinusoïdal

• Le courant est déterminé à partir de la position du rotor


Commutation sans capteur

La position du rotor est déterminée à partir de la mesure

des grandeurs électriques (tension, courant) du moteur

uniquement

111 1

11 1 sin( )

es s e

s s e

diu R i L N

dt

diu R i L k t

dt

w


Example: alimentation 120°

UDC

T1

T2

T3

T4

T5

T6

Motor

En un instant donné, seulement deux des trois phases

sont alimentées. La troisième est utilisée pour

déterminer la position à partir du passage par zéro de

sa tension induite


Zero crossing measurements

Phase current 0.1A/div

Phase voltage

5V/div Passage par zéro de

la tension induite

Phase ON OFF ON OFF

ON Time

500 ms/div


Sensorless: sinus


Sensorless sinus


Ventilateurs triphasés (sensorless)

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