Dans les systèmes électriques, nous utilisons soit dans les industries, centrales ou les besoins domestiques, les moteurs et les générateurs sont devenus une chose courante. Avec la demande de systèmes à haute efficacité énergétique et moins consommateurs d'énergie, on voit l'invention de nouveaux modèles de ces appareils électriques. Le facteur de calcul de base pour un fonctionnement fiable des moteurs et des générateurs est le Facteur de puissance . C'est le rapport entre la puissance appliquée et la puissance requise. Habituellement, la puissance totale consommée dans les industries et les usines est calculée en fonction du facteur de puissance. Ainsi, le facteur de puissance doit toujours être maintenu à l'unité. Mais en raison de l'augmentation de la puissance réactive dans ces appareils, le facteur de puissance diminue. Pour maintenir le facteur de puissance à l'unité, de nombreuses méthodes sont introduites. Le concept de moteur synchrone en est un.
Qu'est-ce que le moteur synchrone?
La définition du moteur synchrone stipule que «Un Moteur AC dans lequel, à l'état stationnaire, la rotation de l'arbre est synchronisée avec la fréquence du courant appliqué ». Le moteur synchrone fonctionne comme un moteur à courant alternatif, mais ici le nombre total de rotations effectuées par l'arbre est égal au multiple entier de la fréquence du courant appliqué.
Moteur synchrone
Le moteur synchrone ne dépend pas du courant d’induction pour fonctionner. Dans ces moteurs, contrairement au moteur à induction, des électroaimants AC polyphasés sont présents sur l'état r , qui produit un champ magnétique rotatif. Ici, le rotor est constitué d'un aimant permanent qui se synchronise avec le champ magnétique rotatif et tourne en synchronisme avec la fréquence du courant qui lui est appliqué.
Conception de moteur synchrone
Le stator et le rotor sont les composants principaux du moteur synchrone. Ici, le cadre du stator a une plaque d'emballage à laquelle sont attachés des barres de touches et des nervures circonférentielles. Les semelles, les supports de cadre sont utilisés pour soutenir la machine. Pour exciter les enroulements de champ avec DC, des bagues collectrices et des brosses sont utilisées.
Les rotors cylindriques et ronds sont utilisés pour une application à 6 pôles. Les rotors à pôles saillants sont utilisés lorsqu'une plus grande quantité de pôles est requise. La construction du moteur synchrone et de l'alternateur synchrone est similaire.
Principe de fonctionnement du moteur synchrone
Le fonctionnement des moteurs synchrones dépend de l'interaction du champ magnétique du stator avec le champ magnétique du rotor. Le stator contient 3 enroulements de phase et est alimenté en 3 phases. Ainsi, l'enroulement du stator produit un champ magnétique rotatif à 3 phases. L'alimentation CC est fournie au rotor.
Le rotor entre dans le champ magnétique rotatif produit par l'enroulement du stator et tourne en synchronisation. Maintenant le vitesse du moteur dépend de la fréquence du courant fourni.
La vitesse du moteur synchrone est contrôlée par la fréquence du courant appliqué. La vitesse d'un moteur synchrone peut être calculée comme
Ns = 60f / P = 120f / p
où, f = fréquence du courant alternatif (Hz)
p = nombre total de pôles par phase
P = nombre total de paires de pôles par phase.
Si la charge supérieure à la charge de claquage est appliquée, le moteur se désynchronise. L'enroulement statorique triphasé présente l'avantage de déterminer le sens de rotation. Dans le cas d'un enroulement monophasé, il n'est pas possible de dériver le sens de rotation et le moteur peut démarrer dans l'un ou l'autre sens. Pour contrôler le sens de rotation de ces moteurs synchrones, des dispositions de démarrage sont nécessaires.
Méthodes de démarrage du moteur synchrone
Le moment d'inertie du rotor empêche les moteurs synchrones de grande taille de démarrer automatiquement. En raison de cette inertie du rotor, il n’est pas possible pour un rotor de se synchroniser avec le champ magnétique du stator au moment même où la puissance est appliquée. Un mécanisme supplémentaire est donc nécessaire pour aider le rotor à se synchroniser.
L'enroulement d'induction est inclus dans les gros moteurs qui génèrent un couple suffisant requis pour l'accélération. Pour les très gros moteurs, pour accélérer la machine déchargée, un moteur poney est utilisé. En changeant la fréquence du courant du stator, les moteurs à commande électronique peuvent accélérer même à partir de la vitesse nulle.
Pour les très petits moteurs, lorsque le moment d'inertie du rotor et la charge mécanique sont de préférence faibles, ils peuvent démarrer sans aucune méthode de démarrage.
Types de moteur synchrone
Selon la méthode de magnétisation du rotor, il existe deux types de moteurs synchrones -
- Non excité.
- Courant continu excité.
Moteur non excité
Dans ces moteurs, le rotor est magnétisé par le champ statorique externe. Le rotor contient un champ magnétique constant. L'acier à haute rétention tel que l'acier au cobalt est utilisé pour fabriquer le rotor. Ceux-ci sont classés comme moteurs à aimant permanent, à réluctance et à hystérésis.
- Dans les moteurs synchrones à aimants permanents, un aimant permanent est utilisé avec de l'acier pour la conception du rotor. Ils ont un champ magnétique constant dans le rotor, de sorte que l'enroulement d'induction ne peut pas être utilisé pour le démarrage. Utilisé comme moteurs d'ascenseur sans engrenage.
Moteur synchrone à aimant permanent
- Dans le moteur à réluctance, le rotor est constitué de moulage en acier avec des pôles à dents saillantes. Pour minimiser les ondulations de couple, les pôles du rotor sont inférieurs aux pôles du stator. Contient un enroulement de cage d'écureuil pour fournir un couple de démarrage au rotor. Utilisé dans les applications d'instrumentation.
- Les moteurs à hystérésis sont des moteurs à démarrage automatique. Ici, le rotor est un cylindre lisse constitué d'acier au cobalt magnétiquement dur à haute coercivité. Ces moteurs sont coûteux et sont utilisés là où une vitesse constante précise est requise. Généralement utilisé comme servomoteur.
Moteur excité par courant continu
Ici, le rotor est excité en utilisant le courant continu fourni directement par les bagues collectrices. L'induction CA et les redresseurs sont également utilisés. Ce sont généralement de grandes tailles telles que plus de 1 cheval-vapeur, etc.
Moteur excité par courant continu
Applications des moteurs synchrones
d'habitude, moteurs synchrones sont utilisés pour des applications où une vitesse précise et constante est requise. Les applications à faible puissance de ces moteurs comprennent les machines de positionnement. Ceux-ci sont également appliqués dans le robot actionneurs . Les broyeurs à boulets, horloges, platines tourne-disques utilisent également des moteurs synchrones. Outre ces moteurs sont également utilisés comme servomoteurs et machines de distribution.
Ces moteurs sont disponibles dans une gamme de tailles de fer à cheval fractionnée à une gamme de tailles industrielles à haute puissance. Bien qu'utilisés dans des tailles industrielles de forte puissance, ces moteurs remplissent deux fonctions importantes. L'un est un moyen efficace de convertir l'énergie CA en énergie mécanique et l'autre est Correction du facteur de puissance . Quelle application de servomoteur avez-vous rencontrée?
