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La machine synchrone. Différentes appellations Machine synchrone auto pilotée (machines pilotées en courant) Moteur Brushless ou moteur sans balais Servomoteur.

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1 La machine synchrone

2 Différentes appellations Machine synchrone auto pilotée (machines pilotées en courant) Moteur Brushless ou moteur sans balais Servomoteur à aimants Moteur auto synchrone

3 PRINCIPE

4 Production des champs tournants SNHr Le rotor, constitué d aimants, produit un champ Hr Le rotor saccroche au champ tournant Les bobines du stator alimentées par un système de courants triphasés équilibrés, produisent un champ statorique tournant Hs Hs

5 VITESSE DU CHAMP STATORIQUE Le stator est constitué de p bobines identiques par phase qui sont parcourues par un courant de fréquence f imposée par le réseau d alimentation. ns = f / p = s / 2 x x p (tr/s) La vitesse angulaire a donc pour expression : s = ns / 2 x = s / p (rd/s) La vitesse du champ tournant statorique est :

6 Vitesse du champ tournant rotorique L interaction des champs est à lorigine du couple moteur. Ce couple électromagnétique (Tem) a pour expression : Tem = K x Hr x Hs x sin Hr Hs Chaque pôle nord du rotor est entraîné par chaque pôle sud du stator Langle est lié au couple résistant. Si sin = Cte non nulle alors le rotor tourne en synchronisme r = s

7 COUPLE EN FONCTION DE L ANGLE Couple T Angle Tmax Fonctionnement stableinstable -Tmax

8 PROBLEMES POSES 1 er cas Au démarrage le champ tournant Hs est instantanément à la vitesse s (ou pulsation s). Le rotor a une inertie qui l empêche de suivre la vitesse du champ tournant de façon instantanée. varie de 0 à 360°. La valeur moyenne de sin = 0. Il ny pas de couple moteur 2 ème cas Sous leffet du couple résistant, un décalage angulaire intervient dans lalignement des pôles du rotor par rapport à ceux du stator. peut varier au-delà de son couple maximum. Le moteur présente le risque de décrocher donc de sarrêter.

9 SOLUTION AUX PROBLEMES POSES Pour contrôler le couple électromagnétique il est nécessaire de maîtriser la valeur de l angle. La fréquence des courants statoriques doit être imposée par la fréquence de rotation du rotor: s = p. r Un capteur de position placé en bout darbre permet de contrôler la position angulaire du rotor par rapport au stator. Un convertisseur auto pilotera à partir des informations délivrées par le capteur. Les instants de commutation des interrupteurs statiques du convertisseur sont commandés pour obtenir : s = r

10 Schéma de principe (onduleur de tension) capacité Redresseur Réseau Onduleur MS aimants L onduleur de tension est contrôlé en courant i0 i0 capteur commande Contrôle de I 0 réf

11 Schéma de principe (onduleur de courant) Inductance Redresseur commandé Réseau capteur commande Contrôle de commande Capteur i I 0 réf Onduleur MS excitation sommaire

12 TECHNOLOGIE

13 CONSTITUTION Le moteur est généralement constitué: 4 d un rotor à aimants permanents, 4 d un stator constitué d un enroulement triphasé, 4 d un capteur de position (résolver ou codeur), 4 d une sonde de température, 4 d un frein électromécanique.

14 capteurs Câblage puissance frein sonde Câblage résolver Câblage codeur CM statorique Enroulements statoriques Aimants permanents Sonde de température Frein à disque resolvercodeur carcasse sommaire

15 Rotor à aimants permanents N N N SS S Les aimants sont disposés en tuiles. Ils peuvent être collés, vissés ou enserrés dans une frette amagnétique Cette solution est adoptée pour des géométries longues mais étroites. On favorise les vitesses élevées. rotor Machine 6 pôles

16 Rotor à aimants permanents Pour mieux connaître ces matériaux ; se reporter au chapitre « aimants permanents »aimants permanents NN S S rotor Pièces polaires (concentration du flux) aimants Cette disposition permet davoir des inductions de 3 à 5 fois supérieures à la structure précédente On peut plus facilement augmenter le nombre de pôles Machine 6 pôles photo

17 Rotor à aimants permanents aimants Pièces polaires

18 Stator Carcasse Circuit magnétique feuilletée tôle à « grains orientés » à 3,5% de silicium pertes fer 1,4 W/kg sous 1,8T Pertes Pf dans le fer V : volume de tôles e : épaisseur des tôles : résistivité des tôles Bm : induction maximum f : fréquence

19 Stator Bobinage phase 1 Bobinage phase 2 Bobinage phase 3 Machine 6 pôles

20 Stator Constitution des pôles avec les enroulements 2 types de bobinages Par sections ES Toutes les sections sont identiques Par bobines ES Toutes les sections sont différentes Chaque faisceau est logé dans une encoche

21 Par pôles conséquents Par pôles Stator 2 câblages possibles pour produire les pôles Schéma des enroulements en bobines par pôle E1S1E2E3 S2 Zone active chignon NNSS

22 Stator Zone active chignon Schéma des enroulements en bobines par pôle conséquents NNSS

23 Stator Pour la fabrication des enroulements on utilise : - un seul gabarit si on travaille en section - un seul gabarit par phase si on travaille en pôles conséquents Le chignon est moins complexe à réaliser avec des bobines qu avec des sections. Pour produire les pôles avec des sections on procède de la même façon que précédemment.

24 Le frein mécanique Disque acier Aimant permanent Entrefer 0,3 mm bobine ressortmoyeu Surface de friction L aimant produit un champ magnétique qui attire le disque acier contre la surface de friction. blocage du moteur La bobine est alimentée en courant continu. Elle produit un champ inverse à laimant. Le disque acier est libéré Le frein est du type « à manque de courant »

25 Le frein mécanique Avantages par rapport au frein à ressort : - temps de blocage très rapide ( 40 ms) pour 150 à 200 ms avec les freins à ressorts. - pas de rebondissement du disque. - frein plus compact. Sa vocation n est pas d effectuer des freinages dynamiques mais d assurer un blocage du rotor. On l appelle « frein de parking ».

26 Le frein mécanique Caractéristique du couple de freinage Cf 24V 28V16V 0 Tension d alimentation du frein Cf

27 Contrainte thermique Attention La température de la carcasse peut atteindre des températures de 110 °C pour une température de 140 °C des bobinages DANGER

28 Contrainte thermique C est la classe des isolants qui détermine la température maximale admissible sur les enroulements d un moteur Nécessité de surveiller la température des enroulements par sonde thermique Extrait de la norme C La température maximale est définie pour une température ambiante de 40°C On retrouve principalement 3 classes d isolant


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