Moteur synchrone autopiloté Moteur brushless

Moteur synchrone autopiloté Moteur brushless

Moteur synchrone autopiloté Moteur brushless OBJECTIFS Identifier une machine synchrone Définir son principe de fonctionnement Définir le principe d’un fonctionnement autosynchrone Choisir un moteur brushless Analyser les caractéristiques couple/vitesse

Moteur synchrone autopiloté Moteur brushless 1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix Moteur synchrone autopiloté Moteur brushless PLAN Présentation 2. Rappel : champs magnétiques tournants 3. Constitution générale 4. Principe de fonctionnement du moteur synchrone Principe de base d’un fonctionnement autosynchrone Choix d’un moteur brushless

Comparatif TGV PSE et ATL 1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix 1- PRÉSENTATION Avantages du moteur synchrone / moteur à courant continu Excellente fiabilité Puissance massique élevée (encombrement réduit) Faible niveau sonore Excellent rendement (>90%) Faible inertie (temps de démarrage très court) Gamme de vitesse importante Couple à l’arrêt Vitesse constante avec la charge Inconvénients Vitesse liée à la fréquence du réseau Risque de décrochage Ne démarre pas Comparatif TGV PSE et ATL TGV PSE : 1560 kg 535 Kw (726 cv) TGV ATL : 1580 kg 1100 Kw (1494 cv)

2- RAPPEL : Champs Magnétiques tournants 1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix 2- RAPPEL : Champs Magnétiques tournants principe Trois bobines décalées dans l’espace de 2∏/3 et alimentées par des tensions sinusoïdales déphasées de 2∏/3 électrique créent un champ tournant à la vitesse angulaire ω. Vitesse ω U=Umsin ωt H 2∏/3 U=Umsin (ωt+4∏/3) U=Umsin (ωt+2∏/3)

2- RAPPEL : Champs Magnétiques tournants 1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix 2- RAPPEL : Champs Magnétiques tournants principe Trois bobines décalées dans l’espace de 2∏/3 et alimentées par des tensions sinusoïdales déphasées de 2∏/3 électrique créent un champ tournant à la vitesse angulaire ω. Ωs = ω (ω = 2πf) Ωs vitesse de synchronisme en rd/s ns = f en tr/s Pour une machine possédant p paires de pôles Ωs = ω/p ns = f /p

3- CONSTITUTION GÉNÉRALE 1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix 3- CONSTITUTION GÉNÉRALE Stator : idem moteur asynchrone L’ induit est constitué de trois enroulements parcourus par des courants alternatifs logés dans les encoches du circuit magnétique Exemple : moteur du TGV ATL

3- CONSTITUTION GÉNÉRALE 1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix 3- CONSTITUTION GÉNÉRALE Rotor : deux possibilités Machine synchrone : l’inducteur est constitué d’un bobinage parcouru par un courant continu Exemple : moteur du TGV ATL

3- CONSTITUTION GÉNÉRALE 1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix 3- CONSTITUTION GÉNÉRALE Rotor : deux possibilités Machine synchrone : l’inducteur est constitué d’un bobinage parcouru par un courant continu Moteur brushless (sans balais) : l’inducteur est constitué d’aimants permanents. Exemple, aimant en samarium cobalt (SmCo5, Sm2Co17), dont les performances du point de vue de l’énergie spécifique sont exceptionnelles

3- CONSTITUTION GÉNÉRALE 1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix 3- CONSTITUTION GÉNÉRALE Rotor : deux possibilités Machine synchrone : l’inducteur est constitué d’un bobinage parcouru par un courant continu Moteur brushless (sans balais) : l’inducteur est constitué d’aimants permanents

4- PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU MOTEUR SYNCHRONE 1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix 4- PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU MOTEUR SYNCHRONE

1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix Phase 1 Le champ tournant crée des pôles fictifs Pôle nord Pôle sud Phase 3 Phase 2 t

1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix Phase 1 Le champ tournant crée des pôles fictifs Pôle nord Pôle sud Phase 3 Phase 2 t

1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix Phase 1 Fonctionnement à vide N S Le champ tournant crée des pôles fictifs Ceux-ci attirent les pôles réels du rotor S N Pôle nord Pôle sud Phase 3 Phase 2 t

1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix Phase 1 Fonctionnement en charge N S L’angle Θ (champ rotorique/champ statorique) dépend du couple développé Plus le couple résistant augmente, plus l’angle Θ augmente S N Pôle nord Pôle sud Hr Θ Hs Phase 3 Hr Phase 2 t

1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix Phase 1 Fonctionnement en charge N S L’angle Θ (champ rotorique/champ statorique) dépend du couple développé Plus le couple résistant augmente, plus l’angle Θ augmente S N Pôle nord Pôle sud Θ Hr Hs Phase 3 Phase 2 t

4- PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU MOTEUR SYNCHRONE 1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix 4- PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU MOTEUR SYNCHRONE Équivalence mécanique θ ressort charge Ω F

1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix Phase 1 Fonctionnement à charge maximale N S S N Lorsque θ=π/2 le couple est maximal Pôle nord Pôle sud Θ Hs Hr Phase 3 Phase 2 t

1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix Phase 1 N S S N Lorsque θ=π/2 le couple est maximal Au-delà le phénomène d’attraction disparaît, la machine s’arrête il y a décrochage Pôle nord Pôle sud Phase 3 Phase 2 Démarrage Au moment du démarrage, les pôles fictifs tournent à la vitesse de synchronisme, les pôles réels du rotor sont à l’arrêt et tantôt attirés tantôt repoussés par les pôles fictifs. Le moteur synchrone ne démarre pas Solution : entraîner artificiellement le rotor à une vitesse proche de celle du synchronisme (cage d’écureuil , augmentation progressive de la fréquence)

5- PRINCIPE DE BASE D’UN FONCTIONNEMENT AUTOSYNCHRONE 1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix 5- PRINCIPE DE BASE D’UN FONCTIONNEMENT AUTOSYNCHRONE     principe Un capteur (codeur ou resolver) détecte la position exacte du rotor et permet au convertisseur de fréquence de maintenir un angle θ de 90° entre le champ tournant statorique Hs et le champ rotorique Hr, de façon à ce que le couple moteur puisse toujours être maximal. Hs, modulé en amplitude, fixe la valeur du couple. Il n’y a plus possibilité de décrochage. Le capteur donne également l’information " vitesse ".   

5- PRINCIPE DE BASE D’UN FONCTIONNEMENT AUTOSYNCHRONE 1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix 5- PRINCIPE DE BASE D’UN FONCTIONNEMENT AUTOSYNCHRONE     principe Un capteur (codeur ou resolver) détecte la position exacte du rotor et permet au convertisseur de fréquence de maintenir un angle θ de 90° entre le champ tournant statorique Hs et le champ rotorique Hr, de façon à ce que le couple moteur puisse toujours être maximal. Hs, modulé en amplitude, fixe la valeur du couple. Il n’y a plus possibilité de décrochage. Le capteur donne également l’information " vitesse ".    codeur Codeur + variateur

6- CHOIX D’UN MOTEUR BRUSHLESS 1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix 6- CHOIX D’UN MOTEUR BRUSHLESS 1 Allure de la caractéristique couple/vitesse 3000 2000 1000 2 4 6 8 Vitesse en tr/mn Couple en Nm La valeur du couple indiqué sur la plaque signalétique est celle du couple rotor bloqué en régime permanent (point A) Δθ=60° Zone de fonctionnement permanent possible accroissement de température ≤ 60° A

6- CHOIX D’UN MOTEUR BRUSHLESS 1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix 6- CHOIX D’UN MOTEUR BRUSHLESS 1 Allure de la caractéristique couple/vitesse Vitesse en tr/mn 3000 2000 Δθ=100° Zone de fonctionnement permanent possible accroissement de température ≤ 100° 1000 Couple en Nm 2 4 6 8

6- CHOIX D’UN MOTEUR BRUSHLESS 1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix 6- CHOIX D’UN MOTEUR BRUSHLESS 2 Couple en régime transitoire Zone de fonctionnement transitoire possible Vitesse en tr/mn 3000 2000 Imax=28A eff 1000 Couple en Nm 2 4 6 8 10 12 14 16 18

6- CHOIX D’UN MOTEUR BRUSHLESS 1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix 6- CHOIX D’UN MOTEUR BRUSHLESS 2 Couple en régime transitoire 3000 2000 1000 2 4 6 8 Vitesse en tr/mn Couple en Nm 10 12 14 16 18 Imax=28A eff Le couple maximal peut être supérieur au couple nominal. Il faut cependant que l’échauffement qui en résulte soit admissible (cycle). L’échauffement est proportionnel à I²t.

6- CHOIX D’UN MOTEUR BRUSHLESS 1 Présentation 2 Rappel 3 Constitution 4 M synchrone 5 Autosynchrone 6 Choix 6- CHOIX D’UN MOTEUR BRUSHLESS 3 Critères de choix Vitesse moyenne N moy = Σ (Ni x ti)/ T Couple thermique équivalent sur un cycle Cmte = ( Ci² x ti)/T

FIN