Fonctionnement d'un synchroscope

Le synchrocope se compose d'un stator avec bobinage monophasé et d'un rotor avec deux bobinages montés en quadrature dont l'un des champs est déphasé de 90° par une self. Les bobinages du rotor sont alimentés par des anneaux pour que chaque bobinage est toujours connecté soit à la résistance (bobinage P), soit au self (bobinage Q), P=phase, Q=quadrature). Il ne s'agit donc pas d'un collecteur comme une dynamo (commutateur).

Pour expliquer le fonctionnement d'un synchroscope, nous nous concentrons sur un instant bien précis, quand le courant dans le stator est maximal positif, cela se produit chaque période, donc 50 fois par seconde. Le fonctionnement est identique quand le courant est négatif, et quand le courant est nul, il n'y a aucun effet.

1. Quand les deux alimentations sont en phase (ou qu'on alimente le stator et le rotor par le même courant, ce qui est le cas quand le générateur est couplé au réseau), le stator et le bobinage P reçoivent le même courant. Au moment ou le courant est maximal dans le stator, il est également maximal dans le bobinage P. Le bobinage Q dont le courant est déphasé ne reçoit pas de courant à ce moment. Le champ magnétique qui est créé fait s'aligner le rotor sur le champ du stator, l'aiguille pointe vers le haut.

2. Si maintenant le générateur est en avance de 90°, le courant dans le bobinage P est nul quand celui dans le stator est maximal puisque les deux courants sont déphasés de 90°. Le courant dans le bobinage Q sera alors maximal, puisque la self retarde la phase de 90° et élimine donc l'avance. Le champ magnétique fait s'aligner le bobinage Q sur le champ du stator et l'aiguille pointe vers la droite.

3. Si le générateur est en opposition de phase, le courant est maximal dans le bobinage P quand le courant dans le stator est maximal, mais en opposition de phase. Le bobinage P s'aligne sur le champ du stator, mais dans le sens inverse que lors de la situation 1. L'aiguille pointe vers le bas.

4. Si le générateur est en retard de 90°, le courant dans le bobinage P est nul et le courant dans le bobinage Q est maximal, mais retardé deux fois, donc en opposition de phase. Le champ magnétique fait s'aligner le bobinage Q, mais dans le sens inverse à la situation 2. L'aiguille pointe vers la gauche.

Le controle du synchroscope s'effectue en alimentant le stator et le rotor par un même courant. Un déphasage peut être produit par le transfo rabaisseur de tension ou par l'induction différente des bobinages du stator et du rotor. Le stator peut être tourné pour éliminer le déphasage. L'aiguille doit pointer vers le haut.

Protection retour de puissance

Le système détecte que la puissance circule du réseau vers le générateur au lieu de l'inverse. Cela peut par exemple se produire quand le moteur qui entraine l'alternateur n'a plus de puissance (par exemple bouchon d'air dans la ligne de carburant).

Pour éviter que l'alternateur n'entraine le moteur (ce qui cause une surconsommation sur le réseau et/ou pourrait entrainer la destruction du moteur) un sectionneur coupe la connection de l'alternateur au réseau. Normalement le relais est alimenté et la connection de l'alternateur peut se faire dès que les conditions pour la marche en parallèle sont remplies.

Alternateur:

Enroulements amortisseur (damper) ou amortisseur leblanc

Tant que l'alternateur fonctionne en mode stable, aucun champ variable n'est produit dans le rotor puisque l'alternateur fonctionne en mode synchrone.

La cage d'amortisseur absorbe les variations de couple (stabilisation de la vitesse de rotation instantanée) causées par une brusquue variation de la charge et agit en cas de charge asymmétrique (une des phases interrompues) ou en cas de cours-circuit. Il facilite également la mise et le maintien en synchronisme de plusieurs alternateurs (amortissement des oscillations de phase entre alternateurs).

L'enroulement amortisseur absorbe également les variations de couple mécanique (moteur diésel), c'est moins nécessaire en cas de turbine qui produit un couple constant.

L'accouplement magnétique entre le rotor et le stator d'une machine synchrone n'est pas un accouplement rigide mais élastique. Le décalage peut aller de -70 à +70° (fonctionnement en moteur ou en générateur). Cet accouplement élastique peut provoquer des oscillations. l'amortisseur Leblanc agit ici comme un accouplement visqueux qui vient s'ajouter à l'accouplement élastique.

Sur la seconde image (rotor): en rouge et orange l'amortisseur Leblanc et en jaune un des bobinages du rotor (nous n'avons dessiné qu'un seul bobinale pour ne pas alourdir le dessin).

L'amortisseur Leblanc joue le role d'un amortisseur de voiture: il amortit les oscillations de la voiture.