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MACHINE SYNCHRONE FONCTIONNANT SUR LE RESEAU

Couplage dune machine synchrone au rseau. Rversibilit de la machine synchrone fonctionnant sur le rseau.Objectif du T.P : Les tudiants devront effectuer un couplage au rseau juste aprs avoir identifi la machine synchrone. Ils montreront le fonctionnement en alternateur dbitant sur le rseau et le fonctionnement en compensateur synchrone. La rversibilit de la machine synchrone pourra tre aborde (diagramme P, Q) en fonction du temps restant.

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MACHINE SYNCHRONE FONCTIONNANT SUR LE RESEAUPlan propos pour atteindre les objectifs fixs : I PLAQUES SIGNALETIQUES DES MACHINES II IDENTIFICATION DES RESEAUX (Sinusodal et Continu) III IDENTIFICATION DE LA MACHINE SYNCHRONE III.1 Identification de la roue polaire (essai de glissement): Quel type de rotor avons nous ?La dtermination de la roue polaire nous permettra de choisir un modle de la machine. Machine ples lisse : ( non satur (ou satur): modle de BEHN-ESCHENBURG ou (POTIER ncessit de faire lessai en dwatt)) Machine ples saillant : (non satur : modle de BLONDEL : Dtermination des ractances transversale et longitudinale)

III.2 Trac de la caractristique interne : Ev =f(IexMS ) III.3 Trac de la caractristique en court-circuit : Icc = f(IexMS ) III.4 Modle de BEHN-ESCHENBURG III.4.a Dtermination de la rsistance dun enroulement chaud : mthode voltampremtrique. III.4.b Dtermination de la ractance cyclique synchrone. III.5 Validation du modle IV COUPLAGE DE LA MACHINE SYNCHRONE AU RESEAU IV.1 Protocole IV.2 Fonctionnement en alternateur dbitant sur le rseau IV.3 Fonctionnement en compensateur synchrone IV.3.a) Rglage de IexMCC IV.3.b) Tracer de Q = f( IexMS ) V REVERSIBILITE DE LA MACHINE SYNCHRONE (Diagramme P, Q) V.1 Protocole V.2 Trac de P = f (Q)Lyce du Val de Sane TP : Section de Technicien Suprieur : lectrotechniquePage n 2

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MACHINE SYNCHRONE FONCTIONNANT SUR LE RESEAUI Plaques signaltiques des machines I.1 Relever les informations figurant sur les plaques signaltiques des machines synchrones et courant continu. I.2 A quoi vont servir ces informations ? II Identifications des rseaux Les deux machines devront tre alimentes correctement en fonction du (ou des) quadrant(s) dans lesquelles elles devraient fonctionner. II.1 Prciser dans quels quadrants les machines synchrone et courant continu vont travailler ? En dduire les caractristiques des rseaux (alternatif et continu) capables dassurer de tels fonctionnements. (On sintresse ici la nature des diffrentes sources disponibles dans la salle). II.2 Pourquoi est-il important de connatre la nature des sources dalimentation des machines ? Indiquer les ventuels problmes que lon pourrait rencontrer si les sources ne convenaient pas ? II.3 Proposer des sources dalimentations adquates. III Modlisation de la machine synchrone III.1 Essai de glissement : Lobjectif de cet essai est de dterminer la nature de la roue polaire en interprtant lallure du courant absorb par linduit de la machine synchrone. Mode opratoire : La machine synchrone doit tre entrane par la machine courant continu une vitesse proche du synchronisme dans les conditions suivantes : Le courant dexcitation de la machine synchrone est nul (IexMS = 0A, roue polaire non alimente). Le stator de la machine synchrone est aliment sous tension rduite par un alternostat. On rgle lalternostat de faon avoir un courant statorique correct. On fixe le courant dexcitation de la MCC IexMCC = IexMCCNom (courant dexcitation nominal de linducteur) et on dmarre le groupe de machines. Remarque : La vitesse du groupe peut tre ajuste en agissant sur le courant dexcitation (IexMCC) de la MCC. Le courant circulant dans le stator est visualis loscilloscope. La forme de ce courant nous donnera des informations sur la structure de la roue polaire (ples lisse ou saillant).

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MACHINE SYNCHRONE FONCTIONNANT SUR LE RESEAUSchma du montage : istatorMS MCC A Rseau continu

V

Mesure Courant, tension

Rseau alternatif

IexMS =0

IexMCC

Alimentation induit : Ainduit

Alimentation inducteur : Ainducteur

III.1.a) Quelles alimentations peut on utiliser pour alimenter linduit (Ainduit), linducteur (Ainducteur) de la machine courant continu et celle du stator de la machine synchrone (rseau alternatif) ? III.1.b) Visualiser le courant statorique de la machine synchrone. En s'aidant du rappel fait en annexe n interprter lallure du courant statorique et en 1 dduire le type de rotor de la machine .Justifier ce choix. REMARQUE: EN PREMIERE APPROXIMATION ON DETERMINERA LE MODELE DE BEHN-ESCHENBURG. Cela veut dire que lon considrera que le rotor de la machine est ples lisses et que le circuit magntique nest pas satur. III.2 Caractristique interne : Ev = f (IexMS) Schma du montage :A

V

Ev

MS

MCC

V

IexMCCAlimentation inducteur-MS : AinducteurMS A

Alimentation induit : Ainduit

IexMS

Alimentation inducteur-MCC : AinducteurMCC

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MACHINE SYNCHRONE FONCTIONNANT SUR LE RESEAUIII.2.a) Dfinir les diffrentes alimentations : Alimentation-induit (Ainduit), alimentation inducteur-MCC (Ainducteur-MCC) et Alimentation inducteur-MS (Ainducteur-MS) III.2.b) Tracer la caractristique interne.(Ev est la force lectromotrice releve vide de la machine synchrone entre une phase et le neutre). Mode opratoire : Fixer le courant dans linducteur de la machine courant continu IexMCC = IexMCCNom, dmarrer ensuite la MCC. La vitesse du groupe peut tre maintenue N = Ns = 1500tr.min-1 en agissant sur le courant dexcitation IexMCC. Remarque : relever Ev pour IexMS croissant puis dcroissant. III.2.c) Pourquoi fait-on cela ? III.2.d) Identifier les zones linaire et de saturation. III.2.e) Trouver une relation simple entre la tension Ev et IexMS dans la zone linaire. III.3 Caractristique en court-circuit : ICC = f (IexMS) Schma de montage ICCMS MCC A

V

IexMCCAlimentation inducteur-MS : AinducteurMS A

Alimentation induit : Ainduit

IexMS

Alimentation inducteur-MCC : AinducteurMCC

Les trois phases statoriques sont court-circuites. La vitesse du groupe est maintenue constante (Ns = 1500tr.min-1) pendant cet essai. III.3.a) Dans ces conditions, relever ICC = f (IexMS) en faisant attention de ne pas dpasser ICC = 1,5*INom. III.3.b) Trouver une relation simple entre ICC et IexMS)

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MACHINE SYNCHRONE FONCTIONNANT SUR LE RESEAUIII.4 Modle de BEHN-ESCHENBURG III.4.a) Dtermination de la rsistance dun enroulement. On applique la mthode voltampremtrique (utilisons un gnrateur courant continu). Schma de montageI V

A V

Stator

III.4.b) Ractance cyclique synchrone III.4.b.1) En exploitant les diffrents relevs, calculer la ractance cyclique synchrone. III.4.b.2) Proposer un modle de la machine synchrone vue entre une phase et le neutre (modle de THEVENIN). III.5 Validation du modle Deux essais ont t effectus avec la machine synchrone : 1re Essai : Essai en dwatt (PMS = 0 couplage de la MS au rseau) V = 228 V I=2A IexMS = 2,7 A N = Ns = 1500tr.min-1 = /2 (dphasage entre le courant et la tension simple aux bornes de la machine) 2me Essai : Dbit sur charge rsistive (R = 72 ) V = 55 V I = 0,72 A IexMS = 0,4 A N = Ns = 1500tr.min-1 =0

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MACHINE SYNCHRONE FONCTIONNANT SUR LE RESEAUIII.5.a) En utilisant le modle de la machine synchrone (ci-dessous) calculer pour chaque essai le courant dexcitation dans la roue polaire. Nous voulons ici comparer les valeurs de IexMS trouves avec le modle et celles releves pendant les essais. IR X

E

V

III.5.b) Construire un diagramme de FRESNEL pour les deux essais. III.5.c) Dterminer lerreur relative faite entre les courants dexcitation relevs lors des essais et les courants dexcitation calculs par le modle. III.5.d) Le modle est-il valid ? Quelles sont les conditions de validation du modle ? Proposer des solutions pour les zones ou le modle ne serait pas satisfaisant ? IV Couplage de la machine synchrone au rseau Nous voulons coupler la machine synchrone au rseau et la faire fonctionner en alternateur et en compensateur synchrone. IV.1) Le rseau alternatif permet-il deffectuer un couplage de la machine synchrone ? Schma du montageAppareils de mesure Convertisseur statique

N=NSL

Z0

M.S

M.C.C

V

U

E0

K Synchronoscope P, Q, I, V

A Source continue

Alimentation de linducteur de la M.C.C Rseau alternatif UexMS

IexM.C.CA

A A UexMCC

IexMSAlimentation de la roue polaire

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MACHINE SYNCHRONE FONCTIONNANT SUR LE RESEAUIV.1.a) Dfinir les caractristiques des diffrentes sources dalimentation. IV.1.b) Dterminer le type de convertisseur statique capable de grer le transfert dnergie entre la machine courant continu et la source continue (source dentre) en tenant compte des diffrentes rversibilits. IV.1.c) Dfinir la nature du diple passif Z0 quil faut insrer entre la machine et le convertisseur pour assurer un bon fonctionnement du systme. IV.1.d) En vous aidant de lannexe n effectuer le couplage de la machine synchrone au 2 rseau. (Raliser le couplage en prsence du professeur !!!). IV.2) Fonctionnement en alternateur dbitant sur le rseau Remarque : Ne pas oublier que lorsque la machine synchrone vient dtre couple au rseau on connat les valeurs de IexMS et IexMCC. Les conventions adoptes pour la machine synchrone sont celles du dpart (convention rcepteur) IV.2.a) Si la machine synchrone fonctionne en alternateur quel doit tre le signe de la puissance active (fournie par la machine) mesure ? IV.2.b) En vous aidant de lannexe n vrifier le fonctionnement en alternateur de la 3 machine synchrone en relevant P et Q en fonction du courant dexcitation de la machine courant continu. Vrifier que la puissance ractive varie peu. IV.2.c) Tracer un diagramme de FRESNEL pour deux valeurs de IMS. On pourra prendre Vres comme origine des phases. (Pour simplifier le diagramme , la rsistance dune phase par rapport sera nglige par rapport la ractance cyclique synchrone). IV.3) Fonctionnement en compensateur synchrone IV.3.a) Rgler le courant IexMCC de faon avoir PMS = 0 (fonctionnement en dwatt) Visualiser vMS(t) et iMS(t). Commenter vos observations. IV.3.b) Montrer aussi que lon peut rgler le transfert de la puissance ractive. Relever P et Q en fonction du courant dexcitation de la machine synchrone. V Rversibilit de la machine synchrone V.1) partir des diffrentes tudes faites dans les chapitres prcdents tracer le diagramme (P, Q). Montrer le fonctionnement moteur, gnrateur et compensateur de la machine synchrone.

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MACHINE SYNCHRONE FONCTIONNANT SUR LE RESEAU ANNEXE N (1/5) : Essai de glissement 1Considrons lexemple suivant : On a relev lallure du courant qui circule travers les enroulements statoriques de la machine synchrone lors dun essai de glissement.

2*IMin

2*IMax

On peut relever les valeurs de IMin et IMax :

Interprtation de loscillogramme : Linterprtation de lallure du courant statorique ncessite une tude un peu plus approfondie du circuit magntique constitu par le stator et le rotor de la machine. Cette tude sera faite dans les conditions dfinies ci-dessus (cf. mode opratoire). En effet, les expressions des ractances cycliques statoriques transversale et longitudinale dans le cas dune machine ples saillants ou de la ractance cyclique statorique dans le cas dune machine ples lisses nous permettra dinterprter au mieux la forme donde du courant statorique. Considrons une machine dont le rotor est ples lisses dans un premier temps puis une machine ples saillants.

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MACHINE SYNCHRONE FONCTIONNANT SUR LE RESEAU[Annexe n 1/(2/5)]

1er Cas : Machine ples lisses : Dtermination de la (ou les) ractance(s) cyclique(s) statorique(s) La seule source de flux dans la machine synchrone provient du courant statorique Is. Appliquons le thorme dAMPERE sur un contour(C) traversant le stator, lentrefer et le rotor de la machine (cf figure ci-dessous).

stator rotor Contour C

e Caractristiques magntique et gomtrique du circuit magntique : Ns : nombre de spires au stator Hf : Champ magntique dans le fer (stator ou rotor) He : Champ magntique dans lentrefer f, 0 : permabilit magntique relative du matriau, permabilit magntique du vide (de lair) lf : longueur moyenne du contour dans le fer e :paisseur de lentrefer S : Section moyenne traverse par linduction B Thorme dAMPERE : r r H .dl = N s .I s C

r r H .dl = ( H f .l f + 2.H e .e) = N s .I s H f .l f + 2.H e .e = N s .I s

C

Le champs magntique est flux conservatif il est donc identique dans le fer et lentrefer. On pourra donc crire les relations suivantes :

= B.S Avec B = r . 0 .H f = 0 .H e dou H f =[Annexe n 1/(3/5)]

r r

B B et H e = r . 0 0

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MACHINE SYNCHRONE FONCTIONNANT SUR LE RESEAUHypothse : Le champ magntique est perpendiculaire la surface (S). On obtient la r r relation suivante : = B.S = B.SB=

S

Hf =

r . 0 .S

et

He =

0 .S

La relation obtenue partir du thorme dAMPERE peut donc scrire : H f .l f + H e .2.e = Soit R f = lentrefer. La rluctance dpend des caractristiques gomtriques et magntiques du circuit magntique de la machine. lf lf 2.e .l f + .e = .( + ) = N s .I s r . 0 .S 0 .S r . 0 .S 0 .S2.e . la rluctance de 0 .S

r . 0 .S

la reluctance du circuit magntique et Re =

+ Re ) = N .I s f s Remarque : La permabilit magntique relative des matriaux (r) constituant le rotor et le stator est plus lev que celle de lentrefer (0) : 0.r >>> 0.Nous pouvons faire la simplification suivante : Rf > 0 Cas n : 1 r r H .dl = N s .I s C

Cas n : 2 r r H .dl = N s .I s C

1 .(

2.emax ) = N s .I s max 0 .S 1 .Re max = N s .I s max

2.emin ) = N s .I s min 0 .S 2 .Re min = N s .I s min

2 .(

1 =

Ns .I s max Re max

2 =

Ns .I s min Re min

Dterminons les expressions des inductances cycliques statoriques (L1 et L2) :

N S .1 = L1 .I s max N 2s L1 = Re max

N 2s = .I s max Re max

N S . 2 = L2 .I s min N 2s L2 = Re min

N 2s = .I s min Re min

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MACHINE SYNCHRONE FONCTIONNANT SUR LE RESEAU[Annexe n1(5/5)] Exemple de calcul :

Lentrefer tant variable on voit apparatre une inductance cyclique (L) qui dpend de lentrefer (on a L = f(e)) dont la valeur maximale est Lmax = L2 et la valeur minimale est Lmin = L1. Or nous pouvons crire : N 2s L1 = = Lmin est linductance cyclique transversale et Lmin . = X t la ractance Re max cyclique transversale.

N 2s = Lmax est linductance cyclique longitudinale et Lmax . = X l la ractance Re min cyclique longitudinale. L2 =Lorsque le rotor tourne, la ractance cyclique varie en fonction de la position de la roue polaire dans lespace. Le courant absorb par le stator va donc aussi varier et passer par des valeurs maximales et minimales. On pourra observer un courant modul en amplitude dont les extremums pourront tre dtermins partir de Xt et Xl. En effet les relevs de la tension et du courant, nous permettent de calculer les deux ractances cycliques.V I s max V I s min

Xt =

et X l =

Nous prenons les valeurs suivantes := 40V avec Ucc tension entre phase fournie par lalternostat. 3 Imax = 1,88A (exemple de calcul !!!) Imin = 1,02A V= U cc

Ractance longitudinale :

X l = L2 . =

V I s min V I s max

=

40 = 39 L2 = 124,2mH 1,02 40 = 21 L1 = 64,4mH 1,88

Ractance transversale :

X t = L1 . =

=

Les composantes longitudinale et transversale seront utilises pour construire le diagramme de BLONDEL. Conclusion : Au vu de la forme donde du courant (courant modul en amplitude) nous pouvons dire que la roue polaire est ples saillants.

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MACHINE SYNCHRONE FONCTIONNANT SUR LE RESEAU ANNEXE N : Couplage de la machine synchrone au rseau 2Protocole : La machine synchrone est couple en toile (on travaille dans les conditions nominales).Les interrupteurs du synchronoscope sont ouverts. La valeur efficace tension fournie par le rseau alternatif est note Vres # 230V. Conditions de couplage : nous voulons que les deux rseaux alternatifs prsentent des tensions de valeurs efficaces identiques et en phases. Visualisons les deux tensions. Pour raliser ces conditions vous devez faire plusieurs rglages : Rglage de la vitesse du groupe aux alentours de la vitesse de synchronisme (Ns=1500tr.min-1). On dmarre la machine courant continu en rglant le rapport cyclique du hacheur. Rglage de la valeur efficace de la tension (entre phase et neutre EMS) fournie par la machine synchrone : On rgle le courant dexcitation IexMS jusqu' atteindre EMS # Vres . Vrification de lordre des phases du systme de tensions triphases fournies par la machine synchrone et celui du rseau alternatif. Lorsque les feux des lampes sont dits battants lordre des phases des deux systmes de tensions triphases sont identiques. Dans le cas contraire les feux sont dits tournants ; le couplage de la machine dans ces conditions pourrait endommager le rseau et la machine ; pour rtablir lordre des phases il suffit de croiser deux fils. Lorsque les trois conditions cites ci-dessus sont runies les lampes ne sont pas forcement teintes. Nous pouvons obtenir lextinction totale des feux en agissant sur le courant dexcitation de la machine synchrone et en ajustant la vitesse du groupe (on rgle IexM.C.C). Lorsque les lampes sont teintes nous pouvons fermer les interrupteurs du synchronoscope. La machine est couple au rseau. (AVANT DE FERMER LES INTERRUPTEURS APPELER LE PROFESSEUR OU LES POMPIERS !!!!)

Vres1 EMS1

EMS3

Vres2 Vres3 EMS2

Remarque : Il arrive que dans les conditions idales de rglage (N = Ns et EMS = Vres) les lampes soient toujours allumes. Cette situation peut arriver sil existe un dphasage () entre les tensions fournies par le rseau et celles composes par la machine synchrone. Pour annuler ce dphasage (et donc mettre en phases les tensions du rseau et celles de la machine) il suffit de faire varier lentement la vitesse de rotation du groupe et observer un battement trs lent des feux des lampes. Ds que les lampes steignent on peut coupler la machine au rseau.Page n 14

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MACHINE SYNCHRONE FONCTIONNANT SUR LE RESEAU ANNEXE N : Rversibilit de la machine synchrone 3Lorsque la machine synchrone est couple au rseau nous pouvons matriser le transfert de puissance active et ractive entre la machine et le rseau en agissant indpendamment sur le courant dexcitation de la machine courant continu (IexMCC) et sur le courant dexcitation de la machine synchrone (IexMS). Considrons le schma de montage de la partie IV : 1re Hypothse : On suppose que le courant dexcitation de la machine synchrone est maintenu constant (IexMS = constant). Le rglage de IexMCC fixe la valeur de la force lectromotrice EMCC = k.(IexMCC).s et donc celle du courant dinduit IMCC. Si EMCC > Umoy alors le courant dinduit IMCC est ngatif : la machine courant continu fonctionne en gnratrice donc la machine synchrone en moteur (avec PMS > 0). Si EMCC < Umoy alors le courant dinduit IMCC est positif : la machine courant continu fonctionne en moteur donc la machine synchrone en alternateur (avec PMS < 0). Observation : Par le biais du courant dexcitation IexMCC nous pouvons grer le transfert de la puissance active entre le rseau et la machine synchrone. Nous allons pouvoir montrer le fonctionnement moteur et gnrateur de la machine synchrone. 2nd hypothse : On suppose que le courant dexcitation de la machine courant continu est maintenu constant (IexMCC = constant). Le rglage de IexMS fixe la valeur de la force lectromotrice EMS = k.(IexMS).s et donc celle du courant dinduit IMS de la machine synchrone. EMS se dplace sur une horizontale dans le plan (P, Q) car la puissance active est constante. Nous pouvons passer de Q > 0 Q < 0 en agissant sur le courant dexcitation (IexMS). IexMS . Par le biais du courant dexcitation IexMCC nous pouvons grer le transfert de la puissance active entre le rseau et la machine synchrone.

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CORRECTION DU T .PI PLAQUES SIGNALETIQUES Machine synchrone 220V/380V 3,1A/1,8A ; SN = 1,1 kVA f = 50 Hz; Ns = 1500tr/min UexMS = 70V et IexMS = 2,6 A II IDENTIFICATION DES RESEAUX RESEAU CONTINU : Lalimentation de la machine courant continu est faite par un hacheur quatre quadrants : convertisseur statique multifonction ECODIME Cette source dentre est rversible en tension et en courant. RESEAU ALTERNATIF : Cest un alternostat triphas de la table qui alimentera le stator de la machine synchrone. Cette source est rversible en tension et en courant. III IDENTIFICATION DE LA MACHINE SYNCHRONE III.1 Dtermination de la roue polaire : Essai de glissement Schma du montage Machine courant continu U = 220V I = 7,2A Pu = 1,2kW Excitation : UexMCC = 220V ; IexMCC = 0.65A

istatorMS MCC

A Rseau continu

V

Mesure Courant, tension

Rseau alternatif

IexMS =0

IexMCC

Alimentation induit : Ainduit

Alimentation inducteur : Ainducteur

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MACHINE SYNCHRONE FONCTIONNANT SUR LE RESEAULobjectif de cet essai est de dterminer la nature de la roue polaire en interprtant lallure du courant absorb par linduit de la machine synchrone (Is). Mode opratoire : La machine synchrone doit tre entrane par la machine courant continu une vitesse proche du synchronisme dans les conditions suivantes : Le courant dexcitation de la machine synchrone est nul (IexMS = 0A, roue polaire non alimente). Le stator de la machine synchrone est aliment sous tension rduite par un alternostat. On fixe le courant dexcitation de la MCC IexMCC = 0,65 A et on dmarre le groupe de machine. La vitesse du groupe est ajuste en agissant sur le courant dexcitation (IexMCC) de la MCC. Le courant circulant dans le stator est visualis loscilloscope. La forme de ce courant nous donnera des informations sur la structure de la roue polaire (ples lisses ou saillants).

IMax

IMin 2.IMin -IMin 2.IMax

-IMax

On relve 2.IMax et 2.IMin : IMax = 3,54 A IMin = 1,72 A

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MACHINE SYNCHRONE FONCTIONNANT SUR LE RESEAUInterprtation de loscillogramme : Linterprtation de lallure du courant statorique ncessite une tude un peu plus approfondie du circuit magntique constitu par le stator et le rotor de la machine. Cette tude sera faite dans les conditions dfinies ci-dessus (cf. mode opratoire). En effet, les expressions des ractances cycliques statoriques transversale et longitudinale dans le cas dune machine ples saillants ou de la ractance cyclique statorique dans le cas dune machine ples lisses nous permettra dinterprter au mieux la forme donde du courant statorique. Considrons une machine dont le rotor est ples lisses dans un premier temps puis une machine ples saillants. 1er Cas : Machine ples lisses : Dtermination de la (ou les) ractance(s) cyclique(s) statorique(s) La seule source de flux dans la machine synchrone est apporte par le courant statorique Is . Appliquons le thorme dAMPERE sur un contour(C) traversant le stator, lentrefer et le rotor de la machine (cf ci-dessous).

stator rotor Contour C

e

Caractristiques magntiques et gomtriques du circuit magntique : Ns : nombre de spires au stator Hf : Champ magntique dans le fer (stator ou rotor) He : Champ magntique dans lentrefer f, 0 : permabilit magntique relative du matriau, permabilit magntique du vide (de lair) lf : longueur moyenne du contour dans le fer e :paisseur de lentrefer S : Section moyenne traverse par linduction B

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MACHINE SYNCHRONE FONCTIONNANT SUR LE RESEAUThorme dAMPERE : r r H .dl = N s .I s C

r r H .dl = ( H f .l f + 2.H e .e) = N s .I s H f .l f + 2.H e .e = N s .I s

C

Le champs magntique est flux conservatif il est donc identique dans le fer et lentrefer. On pourra donc crire les relations suivantes :

= B.S Avec B = r . 0 .H f = 0 .H e dou H f =

r r

B B et H e = r . 0 0

Hypothse : Le champ magntique est perpendiculaire la surface ( S ) . r r On obtient la relation suivante : = B.S = B.SB=

S

Hf =

r . 0 .S

et

He =

0 .S

La relation obtenue partir du thorme dAMPERE peut donc scrire :

H f .l f + H e .2.e = lf

lf 2.e .l f + .e = .( + ) = N s .I s r . 0 .S 0 .S r . 0 .S 0 .Sla rluctance du circuit magntique et Re =2.e . la rluctance de 0 .S

Soit R f = lentrefer.

r . 0 .S

La rluctance dpend des caractristiques gomtriques et magntiques du circuit magntique de la machine. Nous obtenons la relation suivante : .( R

+ Re ) = N .I s f s Remarque : La permabilit magntique (0.r) des matriaux constituant le rotor et le stator est plus leve que celle de lentrefer (0) : 0.r >>> 0. Nous pouvons faire la simplification suivante : Rf > 0

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Cas n : 1 r r H .dl = N s .I sC

Cas n : 2 r r H .dl = N s .I sC

1 .(

2.emax ) = N s .I s max 0 .S 1 .Re max = N s .I s max

2.emin ) = N s .I s min 0 .S 2 .Re min = N s .I s min

2 .(

1 =

Ns .I s max Re max

2 =

Ns .I s min Re min

Dterminons les expressions les inductances cycliques statoriques (L1 et L2) :

N S .1 = L1 .I s max = L1 = N 2s Re max

N 2s .I s max Re max

N S . 2 = L2 .I s min = L2 = N 2s Re min

N 2s .I s min Re min

Lentrefer tant variable on voit apparatre une inductance cyclique (L) qui dpend de lentrefer (on a L = f(e)) dont la valeur maximale est Lmax = L2 et la valeur minimale est Lmin = L1. Or

N 2s = Lmin est linductance cyclique transversale et Lmin . = X t la ractance Re max cyclique transversale. L1 = N 2s = Lmax est linductance cyclique longitudinale et Lmax . = X l la ractance Re min cyclique longitudinale. L2 =Lorsque le rotor tourne, la ractance cyclique varie en fonction de la position de la roue polaire dans lespace. Le courant absorb par le stator va donc aussi varier et passer par des valeurs maximale et minimale. On pourra observer un courant modul en amplitude dont les extremums pourront tre dtermins partir de Xt et Xl. En effet les relevs de la tension et du courant, nous permettent de calculer les deux ractances cycliques.

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MACHINE SYNCHRONE FONCTIONNANT SUR LE RESEAUV

I s max Nous avons relev les valeurs suivantes : V= U cc

Xt =

et X l =

V I s min

= 145,5V avec Ucc tension entre phase fournie par lalternostat. 3 Imax = 3,54 A Imin = 1,72 A

Ractance longitudinale :X l = L2 . = V I s min = 145,5 = 84,6 L2 = 269,4mH 1,72

Ractance transversale :X t = L1 . = V I s max = 145,5 = 41,4 L1 = 130,1mH 3,54

Les composantes longitudinale et transversale seront utilises pour construire le diagramme de BLONDEL. Conclusion : Au vue de la forme donde du courant (courant modul en amplitude) nous pouvons dire que la roue polaire est ples saillants. MAIS EN PREMIERE APPROXIMATION ON DETERMINERA LE MODELE DE BEHNESCHENBURG (cela veut dire que lon considra que le rotor de la machine est pleslisses et que le matriau magntique nest pas satur) .

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MACHINE SYNCHRONE FONCTIONNANT SUR LE RESEAUIII.2 Caractristique interne Schma du montage :A

V

Ev

MS

MCC

V

IexMCCAlimentation inducteur-MS : AinducteurMS A

Alimentation induit : Ainduit

IexMS

Alimentation inducteur-MCC : AinducteurMCC

Mode opratoire : On fixe le courant dans linducteur de la machine courant continu IexMCC = 0,65A , on dmarre ensuite la MCC. La vitesse du groupe est maintenue N = Ns = 1500tr.min-1 en agissant sur le courant dexcitation IexMCC. Pour relever Ev = f (IexMCC) on fait varier la source continue AinducteurMS IexMS. On relvera EV pour IexMS croissant puis dcroissant afin de reprer un ventuel hystrsis caractristique de la non linarit du matriau.

IexMS EV

0 4

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.9 1 1.2 1.3 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.7 58 87.4 112.5 136 153 168 193 202 220 226 233 243 253 260 267 271 278 281

Pour IexMS dcroissant on retrouve peu prs les mmes valeurs que celle trouves pour IexMS croissant. Lhystrsis nest pas trs important sur cette machine. Remarque : la machine sature assez rapidement, en effet pour IexMS > 0,5 A la caractristique Ev = f (IexMS) nest plus linaire. Dans la zone linaire on peut crire la relation suivante : Ev = 287,52.IexMS

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MACHINE SYNCHRONE FONCTIONNANT SUR LE RESEAU

Caractristique vide

300

250

200

Force lectromotrice MCC

150

Srie1

Zone linaire100

50

0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 Courant d'excitation (machine synchrone)

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MACHINE SYNCHRONE FONCTIONNANT SUR LE RESEAUIII.3 Caractristique en court-circuit :ICC = f (IexMS) Schma du montageICCMS MCC A

V

IexMCCAlimentation inducteur-MS : AinducteurMS A

Alimentation induit : Ainduit

IexMS

Alimentation inducteur-MCC : AinducteurMCC

La vitesse du groupe est maintenue constante (Ns = 1500tr.min-1) pendant cet essai en agissant sur le courant dexcitation de la MCC. On peut donc relever le courant de court-circuit (Icc) qui traverse une phase du stator de la machine synchrone en fonction du courant dexcitation IexMS. Relev : Icc = f( IexMS)IexMS ICC 0 0 0.2 0.4 0.6 0.42 0.84 1.22 0.8 1.6 1 2.1 1.2 2.4 1.4 2.8 1.6 3.2 1.8 3.6

Essai en court-circuit

4

3.5

ICC = 2.IexMS3

2.5

C u a t d c u t-c c it o r n e o r ir u

2

1.5

1

0.5

0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 Courant d'excitation

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MACHINE SYNCHRONE FONCTIONNANT SUR LE RESEAUIII.4 Dtermination de la rsistance dun enroulement statorique On applique la mthode voltampremtrique (utilisons un gnrateur courant continu). Schma du montage :I V

A V

Stator

La rsistance mesure entre phases 2.Rs = enroulement statorique.

V = 10 Rs = 5 rsistance dun I

Nous pouvons maintenant dterminer la ractance cyclique synchrone et proposer un modle de la machine synchrone : Modle de BEHN-ESCHENBURG Essai en court-circuit : Schma quivalent dun enroulement statorique vu entre une phase et le neutre.

Icc

R

X

Escc

Icc

Exploitation de la caractristique interne et de la caractristique en court-circuit (on reste dans la partie linaire de la courbe Ev = f(IexMS)) Pour un courant dexcitation IexMS = 0,2A on relve Escc # 60V et Icc = 0,42A. Nous avons E 60 Z = scc = = 143 = R 2 + X 2 or R


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