Soutenance mémoire
Comme toute machine électrique, une machine synchrone est susceptible de fonctionner en régime moteur (fournir de l’énergie mécanique) ou en régime générateur ou alternateur (fournir de l’énergie électrique). La machine synchrone est utilisée plus fréquemment pour la production d’énergie électrique à cause de sa performance. La marche en alternateur synchrone convient parfaitement à la création d’énergie et règne indiscutablement dans la gamme supérieure des puissances.
Son inducteur est alimenté par un courant continu, produit un flux magnétique et générant au stator une tension triphasée à la fréquence 50 Hz / 60 Hz selon les pays.
Elle est plus avantageuse sur d’autres machines par sa synchronisme du rotor par rapport au champ tournant statorique mais qui présente une complication dû au besoin d’une machine auxiliaire pour le démarrer .
GENERALITES SUR LA MACHINE SYNCHRONE
La production d’énergie électrique alternative est réalisée par la conversion mécano-électrique au moyen des machines synchrones. « Une machine synchrone est une machine à courant alternatif dans laquelle la fréquence de la tension induite engendrée et la vitesse sont dans un rapport constant. » .
Généralement, l’induit de la machine synchrone est fixe et l’inducteur tournant. Le stator possède un enroulement triphasé et le rotor qui est composé de :
• Un enroulement court-circuit dit enroulement amortisseur dont on peut décomposer en deux enroulements distincts, l’un dans l’axe du pôle ou l’axe direct et le deuxième dans l’axe interpolaire ou l’axe transversal donc magnétiquement en quadrature.
• Un enroulement monophasé excité en courant continue se présente sous deux formes distinctes définissant deux familles de machines synchrones :
▶ Les machines à rotor lisse (rotor cylindrique) dites turbo-alternateurs ou turbomoteur
▶ les machines à pôles saillants .
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
Fonctionnement en génératrice
En génératrice, le rotor est entraîné à la vitesse n par la machine accouplée (turbine ou autre moteur d’entraînement). L’enroulement d’excitation au rotor crée une onde d’induction magnétique fixe par rapport au rotor. Cette onde balaie l’enroulement polyphasé reparti dans les encoches du stator et y induit un système polyphasé de tension de fréquence f : f = p.n .
avec f : fréquence de réseau
n: nombre de paires de pôles de la machine
p: vitesse de rotation du rotor
ETUDE ANALYTIQUE DE FONCTIONNEMENT DE LA MACHINE
DEMARRAGE DE LA MACHINE
Le démarrage d’un alternateur s’effectue au moyen de l’organe de l’entraînement (turbine hydraulique ou moteur diesel). Le groupe est lancé à l’aide de cette organe jusqu’à ce qu’il atteigne une vitesse voisine de sa vitesse de synchronisme (vitesse vérifiée à l’aide d’un tachymètre).
Cette synchronisation s’effectue aux conditions suivantes :
• La tension du réseau et de la machine sont égale et en phase
• Le réseau et la machine sont de même fréquence .
L’égalité des tensions est obtenue par ajustage du courant d’excitation à vide, celle des fréquences par action sur le couple de l’organe d’entraînement et la mise en phase est réalisée par la mesure de la tension entre bornes homologues. Dans le cas où il y a une fonctionnement hors synchronisme de l’alternateur due à une interruption accidentelle ou volontaire du courant d’excitation, les machines synchrones peuvent devoir fonctionner à une vitesse ωm ≠ ω avec l’enroulement inducteur court-circuité soit directement soit sur une résistance additionnelle. C’est le cas du fonctionnement asynchrone de la machine synchrone.
MARCHE SYNCHRONE EN REGIME TRANSITOIRE
Lors d’une perturbation, les grandeurs électromagnétiques passent par deux régimes intermédiaires avant d’atteindre le régime permanent. C’est la régime subtransitoire qui apparaît le premier et qui dure environ un dixième de seconde. Après la disparition du régime subtransitoire, apparaît le régime transitoire pendant environ une seconde.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
Chapitre 1 : GENERALITES SUR LA MACHINE SYNCHRONE
1.1 Introduction
1.2 Principe de fonctionnement
1.2.1 Fonctionnement en génératrice
1.2.2 Fonctionnement en moteur
1.2.3 Fonctionnement d’une machine synchrone triphasé
1.3 Caractéristique de fonctionnement
1.3.1 Fonctionnement à vide
1.3.2 Fonctionnement en charge
1.4 Diagramme vectoriel
Chapitre 2 : MODELISATION DE LA MACHINE SYNCHRONE
2.1 Structure générale
2.2 Equations régissant la machine synchrone
2.2.1 Equations de la machine synchrone en grandeurs de phase
2.2.2 Les flux totalisés
2.2.3 Equations dynamiques
2.3 Transformation de PARK
2.3.1 Transformation des grandeurs statoriques
2.3.1.1 Transformation de courant
2.3.1.2 Transformation de tension
2.3.1.3 Transformation de flux
2.3.1.4 Transformation inverse
2.3.2 Transformation des grandeurs rotoriques
2.3.3 Schéma du modèle de PARK
2.4 Equations de PARK pour la machine synchrone
2.4.1 Equations de tension
2.4.2 Equations de flux
2.4.3 Expression de la puissance et du couple électromagnétiques
2.4.4 Equations de PARK en valeurs relatives
Chapitre 3 : SYSTEME D’EXCITATION DE LA MACHINE SYNCHRONE
3.1 Redresseur type parallèle double PD2 à diodes
3.1.1 Schéma de principe
3.1.2 Etude des tensions
3.1.3 Etude des courants
3.2 Redresseur type parallèle double PD3 à diodes
3.2.1 Schéma de principe
3.2.2 Etude des tensions
3.2.3 Etude des courants
Chapitre 4 : ETUDE ANALYTIQUE DE FONCTIONNEMENT DE LA MACHINE
4.1 Démarrage de la machine
4.2 Marche synchrone en régime transitoire
4.3 Expression des réactances de la machine synchrone
4.4 Expression des constantes de temps de la machine synchrone
Chapitre 5 : SIMULATION NUMERIQUE DU FONCTIONNEMENT DE LA MACHINE
5.1 Données de la machine
5.1.1 Type de la machine
5.1.2 Données
5.1.3 Ecriture des équations
5.2 Equations des tensions
5.3 Equations des flux magnétiques
5.4 Equations mécaniques
5.5 Ecriture matricielle
5.6 Simulation
5.6.1 Organigramme de la simulation numérique du fonctionnement de la machine
5.6.2 Résultats de la simulation du fonctionnement synchrone
5.6.3 Interprétations
CONCLUSION GENERALE
