TP04

TP Electrotechnique Alternateur triphaséAbdessemed Djallal / Bouzidi Mansour / Boussekra TP 04

1Université Kasdi Merbah Ouargla 2012/2013

2ème année licence « instrumentation Pétrolier »

InduitStator

InducteurRotorRoue polaire

MS~

MS3 ~

Monophasé Triphasé

1. Introduction

La machine synchrone est une machine réversible. Elle peut fonctionner en moteur ou en alternateur. C’est cedernier fonctionnement que nous allons étudier. Dans les centrales de production, l’alternateur est entraîné parune turbine. Nous simulerons cette dernière par un moteur à courant continu à excitation shunt.

Les alternateurs triphasés sont la source de toute l’énergie électrique que nous consommons.

1.1. Construction

Elles possèdent deux parties principales:- l'inducteur (Rotor) constitué d'électroaimants parcourus par un courantcontinu ou d'aimants permanents, situés sur le rotor.- l'induit, porté par le stator, parcouru par des courants alternatifs

( mono ou triphasés ).

1.1.1. RotorIl crée dans l'entrefer de la machine un champ tournant. Il est constituéd’un enroulement parcouru par un courant d’excitation Ie continu créantun champ magnétique 2p polaire. Il possède donc p paires de pôles. Il en existe deux types:

- rotor à pôles lisses, il possède une grande robustesse mécanique, il est adopté pour lesalternateurs de fortes puissances, dont la fréquence de rotation est élevée (alternateur decentrale nucléaire).

- rotor à pôles saillants (utilisé pour des machines tournant à faibles vitesses). Il est plussimple à construire, utilisé pour les groupes électrogènes.



1.1.2. Stator

Pour une machine synchrone triphasée, il est constitué par trois groupes de conducteurs logés dans les encochesdu stator, formant trois circuits décalés d'un angle convenable les uns par rapport aux autres. Ils sont parcouruspar trois courants qui forment un système triphasé.

1.4. Excitation des machines synchrones

Le rotor, quand il n'est pas à aimants permanents, doit-être alimenté par un courant continu. Cela implique, soitune source extérieure au rotor, donc un système de bagues et de balais, ou soit une source sur le rotor à l'aided'un alternateur auxiliaire à inducteur fixe et induit tournant, dont les courants sont redressés par un pont dediodes pour alimenter la roue polaire.

1.2. Principe de fonctionnement de l'alternateur :

Une génératrice synchrone transforme de l'énergie mécanique (T, W) en énergie électrique (V, I de fréquence f).Un aimant tourne à la fréquence de rotation n(tr/min), la spire est traversée par un flux variable j(t) d'où la

création d'une f.e.m induite e(t) = - ddtf .

La fréquence de cette f.e.m est telle que : f = p.n/60 (p : nombre de paires de pôles), soit W = w/p avec Wvitesse de rotation du rotor (aimant) et w, la pulsation de la f.e.m sinusoïdale induite, en rad /s.

1.3. fém induites (E)

On sait que tout circuit électrique soumis à une variation de flux magnétique est le siège d’une fém induite :

e(t) = - ddtf . loi de Lenz.

Donc ici, chaque phase du stator, à ses bornes, une fém induite de valeur efficace E :

max. . .E K N f f=

E: valeur efficace de la fém induite d’une phase (en V)K : coefficient de Kapp (constante qui dépend de la machine).f : fréquence de la fém induite.N : nombre des conducteur pour chaque phase.

maxf : flux maximal à travers une spire de stator.

1.4. Modelé équivalent d'une phase de l'alternateur :

Les hypothèses simplificatrices suivantes seront respectées dans toute la suite de notre étude :- Charge équilibrée ;- Régime permanent ;- Rotor à pôles lisses ;- Machine non saturée.

On la modélise électriquement par une bobine d'inductance Ls, et il faut ajouter une résistance qui rendra comptedes pertes par effet joule dans les enroulements. Soit, rs, la résistance d'un enroulement, le modèle équivalentd'une phase de l'alternateur est :



sr s sX L w=

V

I

Xs = Lsw : appelée réactance synchrone.

La tension de charge V est donnée comme suite :

( )( ) ( ) ( )v s sdi tv t e t r i t L

dt= - -

( )v s sV E r jX I= - +

2. Partie pratique :

2.1. Etude à videRéaliser le montage suivant :

1U

1V

1W

1500 tr/ minW =

hR

+ -1F2F

eI

2W 1U

1V

1W

2U

2V

vE

· Mesurer la résistance statorique rs entre les bornes V1 et V2 à l’aide d’un ohmmètre.

Les trois enroulements statoriques sont laissés ouverts (machine à vide) et couplés en étoile. L’alternateur estentraîné en rotation par un moteur à courant continu (MCC). Grâce à ce moteur, on règle la fréquence de



rotation n de la machine (1500 tr/min). L’inducteur est alimenté par une source continue réglable qui permet defaire varier Ie le courant d’inducteur.

On mesurera Ie et Ev tension simple d’induit à vide (f.é.m.).

Ie (A)Ev (V)

2.2. Etude en court-circuit

Les trois enroulements statoriques sont mis en court-circuit et couplés en étoile. On mesurera I (on notera cetteintensité Icc dans cet essai) et Ie. Le moteur tourne à 1500 (tr/min).

1U

1V

1W

1500 tr/ minW =

hR

+ -1F2F

eI

2U 1U

1V

1W

2V

2W

ccI

Ie (A)Icc (A)

Travail à effectuer· Tracer la caractéristique à vide Ev=f(Ie), commenter et interpréter.· Déterminer le coefficient de proportionnalité de la f.é.m. Ev en fonction du courant d’excitation Ie à l’aide de

la caractéristique à vide dans la zone linéaire.· Tracer la caractéristique en court-circuit Icc=f(Ie), commenter et interpréter.· On note rs la résistance d’un enroulement statorique. On note Ls l’inductance synchrone, r la résistance d’un

enroulement statorique et Ev la fém synchrone.- Donner le schéma équivalent d’une phase de l’alternateur.- Donner la relation entre Ev, I, rs et Xs (réactance synchrone), (Xs =Lsw)- Déterminer la réactance synchrone Xs .

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