Moteur synchrone autopiloté Moteur brushless

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1 Moteur synchrone autopiloté Moteur brushless

2 Moteur synchrone autopiloté Moteur brushless

3 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

4 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

5 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)

6 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)

7 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

8 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

9 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

10 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

11 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

12 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

13 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

14 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

15 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

16 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

17 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

18 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

19 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

20 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)

21 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 ".   

22 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

23 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

24 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

25 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

26 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.

27 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

28 FIN