MOTEUR SYNCHRONE

ECOLE
SUPERIEURE de
PLASTURGIE
TP Moteur Synchrone
MOTEUR SYNCHRONE
1.
Constitution
Les moteurs synchrones sont généralement constitués de :
• Un stator bobiné triphasé créant le champ tournant
• Un rotor portant le champ inducteur
- Moteur synchrones : rotor bobiné ou aimants permanents
- Moteur Brushless : aimants permanents en terres rares
• Un synchro-résolveur dans le cas des moteurs Brushless
Les avantages des moteurs Brushless sont :
• Excellente fiabilité
• Puissance massique élevée – encombrement réduit
• Excellent rendement > 90 %
• Faible niveau sonore
• Dissipation thermique élevée
• Faible inertie – temps de démarrage très courts
• Gamme de vitesse importante
• Couple à l’arrêt – utilisation en positionnement
Les moteurs Brushless sont utilisés sur les machines outils, en asservissement de position.
2.
y
Principe de la machine synchrone
Cas de la machine bipolaire : Les deux bobinages du stator créent
un champ résultant qui vaut :
B(θ) = B1 cos(θ) + B2 sin(θ)
En alimentant avec des courants
I1 = I cos(ωt)
I2 = I sin(ωt)
Alors
I2
Β
Β2
δ
Μ
θ
O
B1 = B cos(ωt)
B2 = B sin(ωt)
Β1
α
I1
On obtient un champ tournant
B(θ) = B0 cos (ωt) cos(θ) + B0 sin (ωt) sin(θ)
B(θ) = B0 cos (ωt - θ)
Le rotor a un moment magnétique Μ il fait un angle α par rapport à Ox.
Le couple qui s’exerce vaut Χ = Μ ∧ Β = M B sin (θ−α) 
L’écart entre les angles θ et α est appelé angle interne du moteur : δ = θ − α
Le couple est maximum lorsque les angles sont tels que θ−α = π/2 : le rotor est en quadrature
avec le champ inducteur Β
δ = π/2.
Si l’angle interne dépasse π/2, alors le moteur décroche.
18/06/01 Moteur_Synchrone.doc
1
x
TP Moteur Synchrone
La vitesse de rotation du moteur est égale à la vitesse de rotation du champ tournant : Μ
tourne à la même vitesse que Β.
3.
Moteur Synchrone Autopiloté
Les moteurs synchrones auto-pilotés sont aussi appelés moteurs Brushless ou moteurs
autosynchrones.
Ils sont utilisés en commande d’axe de robots : on peut les commander en vitesse ou les
commander en position avec un couple à l’arrêt.
3.1. Schéma de principe
La position réelle du rotor est relevée par un capteur de position (synchro-résolveur), elle
permet de calculer les courants à appliquer aux enroulements pour choisir la position du champ
statorique : on choisit l’angle interne, donc le couple, en fonction du type de commande souhaité.
Rotor
Réseau
riphasé
Redressement
Commutateur
électronique :
Onduleur
Axe du
moteur
Phases du
moteur
Stator
Moteur Synchrone
Commande de l’onduleur
Variateur
Capteur de
position
Moteur Brushless
3.2. Commande en position
Pour commander le moteur en position on détermine le champ statorique dans la direction de
la position recherchée (angle θ).
La position réelle du rotor est donnée avec un angle α qui peut varier légèrement autour de la
position recherchée, en fonction du couple :
A l’arrêt sur la position souhaitée, l’angle interne δ dépend de la valeur du couple à l’arrêt
-π/2 < δ < π/2
à
0 < | C | < Cmax.
3.3. Rampe d’accélération du moteur
Pour obtenir l’accélération la plus rapide possible, il faut travailler avec le couple
maximum Cmax. L’angle θ est calculé en quadrature avec α : l’angle interne est fixé à δ = π/2.
Cmax = M Bmax
Cas du moteur bipolaire :
Bmax est tel que les courants I1 et I2 sont égaux à
I1 = I cos(θ)
I2 = I sin(θ)
Alors
Bmax = B(θ) = B cos²(θ) + B sin²(θ)
La commande de l’onduleur fait intervenir en permanence les calculs de cos(θ) et sin(θ).
3.4. Commande en vitesse
Pour travailler en vitesse constante, il faut déterminer l’angle interne en fonction de la valeur
du couple fourni.
2
TP Moteur Synchrone
La position du champ statorique est calculée en fonction de la position du rotor et du couple.
3.5. Synchro résolveur
La mesure de l’angle α est obtenue avec une grande précision (0.1 ° près) au moyen de
synchro résolveur ou transformateur tournant.
Les amplitudes des tensions relevées aux bornes des bobines secondaires dépendent de la
position du rotor.
Secondaires
E1 = K V sin (ωt).sin(θ)
θ
E2 = K V sin (ωt).cos(θ)
V sin (ωt)
Primaire
4.
Variateur
T1
Réseau
Triphasé
E
T3
T5
T4
T6
C
T2
Redresseur
Onduleur
Moteur
Variateur
Les tensions délivrées sur chaque phases sont obtenues par une commande des interrupteurs T1
à T6 en modulation de largeur d’impulsion : MLI.
La fréquence de découpage est très supérieure à la fréquence de coupure mécanique du
moteur.
Moteur alimenté avec une tension sinusoïdale :
en réalité, c’est la valeur moyenne de la tension qui est sinusoïdale !
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TP Moteur Synchrone
MLI sur une phase
uS
4