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BTS Electrotechnique (deuxième année)

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LES MACHINES SYNCHRONES TRIPHASEES

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2. Constitution

2.1. Principe de fonctionnement

Dans le chapitre « champ tournant », nous avions vu qu’en générant un champ magnétique tournant grâce à 3p bobines disposées à 120°/p l’une de l’autre, alimentée en régime sinusoïdal triphasé, nous pouvions, au centre du dispositif, créer un champ magnétique tournant à une fréquence de rotation dont la valeur dépend de la fréquence du réseau alimentant les bobines. La fréquence de rotation du champ magnétique tournant est appelée fréquence de synchronisme, notée ns et vérifie la relation suivante :

n s = f p

f est la fréquence des tensions du réseau et p le nombre de paires de pôles du dispositif. ns est alors exprimée en tr/s.

Pour exprimer ns en tr/min, il faut utiliser la relation suivante :

n s = 60 . f p

Si au centre du dispositif décrit précédemment, on place un aimant ou un électroaimant possédant le même nombre de paire de pôles qu’au stator, celui-ci suivra exactement la rotation du champ magnétique tournant à condition de le lancer.

C’est le principe de rotation du moteur synchrone dont la vitesse de rotation du rotor est rigoureusement égale à la vitesse de rotation du champ magnétique tournant :

n = ns

A l’inverse, si l’aimant ou l’électroaimant du rotor est entraînée par un moteur externe accouplé à la machine synchrone. Le rotor crée un champ magnétique tournant à la fréquence ns/p. Les bobines du stator voient alors défiler ce champ magnétique, elles sont donc soumises à un flux variable et, d’après la loi de Faraday, sont sièges d’une fem induite. Ainsi, le stator crée, par induction électromagnétique, un système triphasé de tensions sinusoïdales de fréquence f telle que :

f = ns.p

C’est le principe de fonctionnement de l’alternateur.

2.2. L'inducteur ou rotor

Rotor à pôles lisses
Fig 1 : schéma de principe d’un alternateur à deux paires de pôles lisses.
Rotor à pôles saillants
Fig 2 : Schéma de principe d’un alternateur à trois paires de pôles saillants.

Il est constitué d’électroaimants alimentés en courant continu ou d’aimants permanents créant 2p pôles inducteurs, successivement nord et sud.

Dans les alternateurs industriels, il existe deux types de rotors :

  • Les rotors à pôles lisses des alternateurs des centrales thermiques ou nucléaires, entraînés par des turbines à vapeur, tournent à grande vitesse et possède peu de pôles (2 à 4). (cf fig 1)
  • Les rotors à pôles saillants, ou roues polaires, des centrales hydrauliques sont entraînés par des chutes d’eau. Ils comportent davantage de pôles et tournent plus lentement. (cf fig 2). Les groupes électrogènes, plus petits, sont construits de cette façon.

2.3. L'inducteur ou stator

Des conducteurs placés dans des encoches autour de la carcasse de la machine sont groupés pour former 3p bobines chacune placée à 120°/p l’une de l’autre.

2.4. Symbole de l’alternateur ou génératrice synchrone

Symbole alternateur triphasé

3. Expression des forces électromotrices induites

La fem induite est créée par induction électromagnétique par l’intermédiaire de la loi de Faraday. Sa valeur est d’autant plus intense que :

  • La valeur du flux magnétique maximum Φmax sous un pôle inducteur est intense.
  • La valeur de la fréquence de synchronisme donc la valeur de la fréquence f des tensions induites est élevée.
  • Le nombre de spire par phase du stator N est élevé.

La fem d’une phase du rotor vérifie la relation suivante :

E = K.N.f.Φmax

Suivant le couplage, cette fem correspond à :

  • En étoile, la fem entre phase et neutre. On la notera alors EPN.
  • En triangle, la fem entre deux phases. On la notera alors EPP.

K est le coefficient de Kapp de l'alternateur.

Remarque : en alternateur, la machine synchrone est toujours couplée en étoile pour éviter les courants de circulation à vide entre les branches du triangle.

Bibliographie et sites web associés à cette page :

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