Moteurs Synchrones

nté et ceci normal car lorsque on augmente la charge le stator demande plus de courant et le flux magnétique dans l’entrefer va augmenter, d’autre part on voit que la vitesse angulaire diminue et ceci également normal, parce que l’augmentation de la charge augmentera le couple appliquer sur le moteur et par la suite provoque la diminution de la vitesse angulaire. La nature du courant rotorique prend une forme sinusoïdale lorsqu’on applique une charge sur l’arbre de la machine ceci dû au fait que le glissement de la machine devient non nul et par conséquent la fréquence du courant rotorique devient aussi non nulle.

b) Modification du fichier du modèle de MAS

Les données électriques de la machine qu’on a trouvée dans le TP-A sont les suivantes :

b.1 Démarrage à vide

Nous avons visualisé les courants rotoriques et statoriques dans le domaine temporel, ainsi que le couple électromagnétique et la vitesse mécanique, avec un couple de charge nul.

| V (V) | Is (A) | Ps (W) | Qs (Var) | Ss (VA) | |

Valeurs simulées | 230 | 2.15 | 70 | 858.3 | 861 | 0.0812 |

Valeurs expérimentales | 230 | 2.14 | 120.3 | 844 | 852.5 | 0.141 |

Erreur commise (%) | 0 | 0.47 | 40 | 1.69 | 0.99 | 42 |

Les valeurs des différents paramètres de la machine qu’on a obtenue avec le modèle de simulation sont presque semblables à celles obtenue par les différents essais expérimentaux effectués aux TP-A. Cependant, on observe une différence au niveau de la puissance active absorbée (diminution de 40%) et par conséquent dans la valeur de facteur de puissance (diminution de 42%). Cette différence est dû au fait que ce modèle de la machine ne tient pas compte des pertes fer qui sont évaluées à 45 W.

b.2 Démarrage à vide et opération en charge.

Pour cette simulation on applique après 1.5 sec un couple de charge sous forme d’échelon et on visualise le comportement de la machine en régime transitoire et en régime établi notamment en fonctionnement nominal. Le tableau suivant donne les différentes grandeurs de simulation pour un couple de charge de 0.5 pu, 1.0 pu, 1.5 pu. Le couple nominal de la machine obtenu dans le premier laboratoire est égal à 3.1 N.m

Cu (p.u) | V (V) | Is (A) | Ir (A) | Ps (W) | Qs (Var) | Ω (rad) | Ce (N.m) |

0.5 | 230 | 2.29 | 0.906 | 368.6 | 839.1 | 185 | 1.652 |

1 | 230 | 2.73 | 1.803 | 684.2 | 849.3 | 182.4 | 3.2 |

1.5 | 230 | 3.407 | 2.76 | 1020 | 895.1 | 178.9 | 4.748 |

Les différentes simulations pour les trois valeurs de couple de charge sont données ci-dessous.

On voit que le courant statorique absorbé par le moteur augmente proportionnellement avec la charge tandis que la vitesse du moteur diminue au fur à mesure que le couple résistant augmente, également le couple électromagnétique fourni au rotor augmentera davantage et ceci pour vaincre le couple appliqué à la machine

Cette technique de démarrage à vide et opération en charge permet à la machine d’absorber moins de courant (moins de piques au réseau), et donc de diminuer les phénomènes transitoires et obtenir son régime établi le plus court possible. En effet après l’application du couple de charge (après 1.5sec) les variations de vitesse et du courant sont très faibles que si on applique un couple à 0 sec.

* Cas pour Cu = 1.55 N.m

* Cas pour Cu = 3.1 N.m (régime nominal)

* Cas pour Cu = 4.65 N.m

En régime nominal de la charge qui correspond à Cu =3.1 N.m on a constaté que le modèle de la machine donne des résultats plus concordants avec ceux trouvés expérimentalement. L’erreur commise (tableau ci-dessous) dans les grandeurs de simulation est tellement minime qu’on peut considérer ce modèle comme étant un bon modèle de la MAS. Cependant il faut ajouter dans les calculs les pertes constantes de la machine et notamment les pertes fer afin de corriger les valeurs de Ps, Ss, FP et donc le rendement

| V (V) | Is (A) | Ps (W) | Qs (Var) | Ss (VA) | FP | Ω (rad) | Ce (N.m) | (%) |

Valeurs simulées | 230 | 2.73 | 684 | 849.3 | 1090.6 | 0.63 | 182.4 | 3.2 | 77 |

Valeurs expérimentales | 230.8 | 2.78 | 727 | 850 | 1118.4 | 0.65 | 181.7 | 3.17 | 80 |

Erreur commise (%) | 0.34 | 1.8 | 5.91 | 8.23 | 2.48 | 3.07 | 0.55 | 0.94 | 3.75 |

* Visualisation des courants statoriques et rotoriques dans le domaine temporel et le domaine de Park.

Les figures suivantes donnent l’évolution des courant statorique et rotorique pour une charge nominale et dans le domaine temporel et celui de Park.

* Dans le domaine temporel

* Dans le domaine de Park

Dans le domaine de Park on visualise les courants de l’axe direct et l’axe quadrature. En régime transitoire on voit que les courants statoriques prennent une allure ascendante et les courants rotoriques une allure descendante. En régime établi les courants rotorique s’avoisinent le 0 A pour Ird et 2.5 A pour Irq tandis que les courants statoriques avoisinent (signe -) 5 A pour Isd et 2.5 A pour Isq .

Q2)- Suite à l’essai b.3, quelles sont les conséquences d’un démarrage en charge? Est-il possible d’en déduire le couple de démarrage?

b.3 Démarrage en charge

Le démarrage en charge sert à accrocher la charge mécanique à l’instant zéro, donc le moteur va tourner initialement avec la charge. Le but de ce type de démarrage est à la fois de déterminer le temps de démarrage que fait la machine pour arriver à son régime stationnaire, et son couple de démarrage qui peut vaincre la charge mécanique.

Le tableau suivant donne les différentes valeurs simulées pour les trois régimes de charge (0.5 pu, 1.0 pu, 1.5 pu )

Cu (p.u) | V (V) | Is (A) | Ir (A) | Ps (W) | Qs (Var) | Ss (VA) | Ω (rad) | Ce (N.m) |

0.5 | 230 | 2.3 | 0.74 | 368.6 | 839.1 | 916.5 | 185.5 | 1.65 |

1 | 230 | 2.73 | 1.803 | 684.2 | 849.3 | 1090.6 | 182.4 | 3.2 |

1.5 | 230 | 3.407 | 2.76 | 1020 | 895.1 | 1357.05 | 178.9 | 4.75 |

* Visualisation des Is, Ir, Ce, Oméga

* Cas pour Cu = 1.55 N.m

* Cas pour Cu = 3.1 N.m

* Cas pour Cu = 4.65 N.m

* Détermination du temps de démarrage de la machine

Le temps de démarrage c’est le temps que dure la machine pour arriver à son régime stationnaire, il varie selon plusieurs paramètres et notamment le mode de démarrage utilisé. En effet pour le mode de démarrage en charge il croît avec la charge entrainée, il varie de 1 sec pour une charge de 0.5 p.u à 1.7 sec lorsque la charge atteint 1.5 p.u. Ce temps de démarrage est caractérisé par des phénomènes transitoires et des vibrations néfastes pour la machine

Cu (p.u) | 0.5 | 1 | 1.5 |

Temps de démarrage de la machine (sec) | 1 | 1.25 | 1.7 |

* Détermination du couple de démarrage de la machine

Pour déterminer le couple de démarrage on applique (à t =0) à la machine progressivement un couple mécanique et on observe son comportement dynamique et notamment sa vitesse qui va diminuer avec l’augmentation du couple jusqu’à la valeur zéro à ce moment là le moteur n’arrive plus à entrainer la charge, le couple de démarrage sera donc la valeur maximale du couple appliqué pour lequel la vitesse est proche de zéro. Après plusieurs simulations sur le modèle on a trouvé un couple de démarrage égal à Cdém = 6.737 N.m ou 2.1732 pu

Q3)- Quel est le couple de décrochage et le glissement correspondant?

b.4 Couple de décrochage

Le couple de décrochage c’est le couple mécanique de charge à partir duquel le moteur arrête de tourné et sa vitesse tombe à zero. On le détermine en appliquant progressivement un couple de charge de plus en plus important (2.0 pu, 2.5 pu…) et en observant son effet sur le glissement. Sa valeur correspondra donc à un glissement de 20%, au delà de ce couple la vitesse de la machine va s’écraser et le moteur décroche.

Après plusieurs simulations on a trouvé un couple de décrochage de Cdéc = 3.403 pu ou 10.55 N.m, qui correspond à un glissement de 20.01%. Les résultats de simulations et le comportement dynamique de la machine sont représentés dans les tableaux et la figure suivante

Cu (p.u) |