Un moteur synchrone est une sorte de moteur à courant alternatif. Un moteur à courant alternatif fait référence à un moteur qui prend l'alimentation CA comme entrée et la convertit en mouvement de rotation (conversion de l'énergie électrique en énergie mécanique). Principale différence entre les moteurs à courant alternatif et à courant continu, la vitesse d'un moteur à courant continu est contrôlée par sa tension, tandis que la vitesse d'un moteur à courant alternatif est fonction de la fréquence d'alimentation.
Il existe deux types de moteurs à courant alternatif.
- Moteurs synchrones
- Moteurs asynchrones (moteur asynchrone)
Moteurs synchrones
Un moteur synchrone fait référence à un moteur à courant alternatif qui fonctionne à une vitesse synchrone. Le moteur synchrone est principalement composé de deux parties, l’une est le rotor et l’autre le stator. Le stator est une pièce fixe et le rotor est une pièce mobile du moteur synchrone. Le moteur synchrone utilise un stator tout comme un moteur à induction pour générer un champ magnétique tournant (RMF).
Le rotor d'un moteur synchrone est constitué de bobines à aimants permanents excitées par une alimentation en courant continu. Lorsque l'alimentation en courant alternatif est fournie au stator, un champ magnétique tournant (RMF) est produit. Le rotor possède des pôles de polarités différentes. Lorsque ce champ magnétique du rotor interagit avec le RMF du stator, en raison de polarités différentes, le RMF du stator et le champ magnétique du rotor se verrouillent, car le RMF se déplace à une vitesse synchrone et le rotor commence à tourner à une vitesse synchrone. On les appelle donc moteurs synchrones ou moteurs à vitesse constante.
Principe de fonctionnement du moteur synchrone
Un moteur synchrone repose sur le principe du verrouillage magnétique. Le démarrage d'un moteur synchrone est le même que celui d'un moteur à induction initialement excité par une alimentation CA triphasée fournie au stator. Si la machine a atteint sa vitesse maximale, soit 90 % de sa vitesse, une source CC est fournie au rotor.
Une source triphasée est fixée à l'enroulement d'induit, et l'induit développe un champ magnétique rotatif qui tourne à une vitesse synchrone de 120f/P. Une fois que nous excitons les pôles permanents de l'enroulement de champ créé par la source CC qui tente d'attirer le pôle différent des pôles magnétiques en rotation. Si les pôles magnétiques sont attirés et verrouillés, le rotor continue de tourner à une vitesse synchrone.
Où,
f = fréquence
et p = nombre de pôles
Construction de moteur synchrone
Le moteur synchrone se compose de deux parties principales ; Stator et Rotor
Stator :
Un stator est une pièce fixe (Immobile) d'une machine synchrone. Le stator comprend un noyau en fonte appelé joug qui assure la solidité de la machine. Dans un moteur synchrone, l'enroulement d'induit est placé sur le stator, appelé enroulement de stator. Le noyau du stator est constitué de tôles laminées en acier qui contribuent à réduire les pertes par courants de Foucault. Les conduits de ventilation sont prévus dans le châssis de la machine qui résiste aux températures élevées. L'enroulement du démarreur est un enroulement triphasé qui est excité par l'alimentation CA triphasée.
Rotor:
Un rotor est une pièce tournante (mobile) d'une machine synchrone. Le rotor intègre un enroulement de champ alimenté en courant continu via des bagues collectrices. Le rotor est divisé en deux types appelés pôle saillant et pôle non saillant. La plupart des moteurs synchrones utilisent une construction de type pôle saillant.
Rotor à pôle saillant :
Le rotor à pôles saillants présente un grand diamètre et une courte longueur axiale. L'entrefer dans le rotor à pôles saillants n'est pas uniforme et les pôles se projettent vers l'extérieur vers la surface du rotor. Les pôles sont laminés en acier au silicium et portent l'enroulement de champ, et les faces des pôles sont généralement munies de fentes (fournissent un support) pour l'enroulement en cage d'écureuil. Les barres amortisseurs sont court-circuitées aux deux extrémités par les anneaux de cuivre. Le fonctionnement de l'enroulement de l'amortisseur fournit principalement le couple de démarrage et limite les vibrations (bruit indésirable et vibration de la machine) dans un moteur synchrone.
Rotor à pôle non saillant :
La construction d'un rotor à pôles non saillants est cylindrique et contient des fentes parallèles pour placer les enroulements du rotor. Les fentes sont connectées en série aux bagues collectrices, qui sont excitées par la source d'alimentation CC. Le poteau non saillant est constitué d'un matériau en acier massif. Il présente un très petit diamètre et une très grande longueur coaxiale avec un entrefer uniforme.
Différence entre moteur synchrone et moteur à induction (moteur asynchrone)
| Oui Non | Propriété différenciante | Moteur synchrone | Moteur à induction |
|---|---|---|---|
| 1. | Définition | Un moteur synchrone fait référence à un moteur à courant alternatif qui fonctionne à une vitesse synchrone. | On l'appelle également moteur asynchrone. Il s'agit d'un moteur à courant alternatif dans lequel le rotor tourne moins que la vitesse synchrone. |
| 2. | Excitation | C'est une machine doublement excitée. | C'est une seule machine excitée. |
| 3. | Départ | Il fonctionne à une vitesse synchrone et la vitesse ne dépend pas de la charge. | Il a des vitesses variables. La vitesse du moteur à induction est inversement proportionnelle à la vitesse ; si la charge augmente, la vitesse du moteur à induction diminue. |
| 4. | Opération | Il peut fonctionner avec un facteur de puissance avancé et retardé en modifiant simplement son excitation. | Il fonctionne uniquement avec un facteur de puissance en retard. |
| 5. | Source de courant | Ses ailes d'induit sont excitées par une alimentation CA et son enroulement de champ est excité par une alimentation CC. | Son enroulement statorique est excité par une source alternative. |
| 6. | Départ | Ce n’est pas un démarrage automatique. | C'est un moteur à démarrage automatique. |
| 7. | Coût | Il est plus coûteux qu’un moteur à induction ayant la même tension et la même puissance. | Il est rentable par rapport au moteur synchrone ayant la même tension et la même puissance. |
Avantages du moteur synchrone
- Le moteur synchrone fonctionne à vitesse constante, ce qui signifie que sa vitesse ne dépend pas de la charge. Par exemple, il est utilisé dans les montres.
- La fréquence de fonctionnement du moteur synchrone est élevée.
- Un moteur synchrone surexcité peut développer une puissance réactive ; par conséquent, il répond à des charges élevées et stabilise le système.
- Un moteur synchrone est principalement utilisé pour entraîner des charges élevées, ce qui nécessite une puissance élevée à faible vitesse. Par exemple, les moulins.
Inconvénients du moteur synchrone
- Le moteur synchrone a besoin d'une source CC distincte pour les excitations du rotor, tandis que l'autre moteur n'a besoin d'aucune excitation séparée.
- Il est cher.
- Il nécessite des balais et des bagues collectrices pour l'excitation du rotor, ce qui entraîne des pertes.
Application du moteur synchrone
À l’ère du numérique, un moteur synchrone a de nombreuses applications dans la vie quotidienne. L'application la plus courante du moteur synchrone concerne les éléments qui nécessitent une vitesse constante car la fréquence d'alimentation est contrôlée avec précision à court et à long terme, par exemple les horloges numériques et analogiques, les magnétophones, les platines phonographes, etc.