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Les moteurs synchrones
synchrone
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Les générateurs les plus courants fonctionnent en mode synchrone, c.à.d. synchronisées au réseau. Il existe également des moteurs dont la vitesse de rotation est synchronisée au réseau électrique.
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Moteurs synchrones


Fonctionnement de la bague déphaseuse (bague de Frager)

Moteur synchrone qui utilise une bague déphaseuse pour produire le champ tournant.
Le rotor est un aimant permanent.

Le moteur synchrone

Le rotor d'un moteur synchrone se compose d'un aimant permanent tandis que le stator produit un champ tournant.

Le champ tournant est généralement réalisé par l'utilisation du courant triphasé, mais la plupart des moteurs synchrones ont une puissance relativement faible, ce qui fait que le triphasé est un "overkill". On produit un champ tournant

  • par un second bobinage, également alimenté par le monophasé, mais qui a un condensateur en série. Le condensateur produit un déphasage du courant par rapport au secteur. Les deux bobinages sont placés en quadrature, puisque le déphasage est de 90°. Ce système est plus complexe et plus cher que le suivant mais a un meilleur rendement.

  • par deux bagues de démarrage (une sur chaque pôle) qui vont retarder le champ dans l'encoche qui est entourée par la bague (spire de Frager). Ces moteurs on un faible couple au démarrage et un mauvais rendement, mais ne nécessitent qu'un seul bobinage.

La gravure 1 montre une réalisation pratique d'un moteur à bague de démarrage. La bague de démarrage ou bague déphaseuse est une spire en cuivre. Le champ magnétique dans le pôle produit un courant. Quand le champ magnétique diminue, le courant dans la spire fait que le champ ne disparait pas immédiatement mais avec un petit retard.

Les moteurs synchrones à hystérésis sont utilisés dans les horloges, les horodateurs et autres appareils de mesure du temps, etc, donc toutes des applications où un faible couple est suffisant (le couple au démarrage est faible et ces moteurs doivent démarrer à vide). L'hystérésis du rotor massif fait apparaitre un champ magnétique fixe. Ils ne nécessitent pas d'aimant permanent.

Moteurs synchrones de grande puissance

Une application totalement différente des moteurs synchrones, c'est dans l'industrie. On ne les utilise pas nécessairement pour leur vitesse synchrone, mais parce qu'ils ont un meilleur rendement que les moteurs asynchrones. Le glissement d'un moteur asynchone, c'est une pure perte qui se traduit par un échauffement de la cage d'écureuil et donc de tout le rotor. Un gros moteur asynchrone peut avoir un rotor qui atteint une température de plus de 100° en charge nominale. Cela réduit la durée de vie des roulements.

Ces moteurs synchrones dont le couple au démarrage est très faible utilisent une cage d'écureuil résistive pour démarrer (voir moteur asynchrone). Une fois lancés, c'est le couple synchrone qui prend le dessus et la cage d'écureuil qui ne voit plus de champ magnétique variable n'a plus aucune fonction.

Le stator d'un moteur industriel est identique, que ce soit pour un moteur asynchrone ou synchrone. Par contre il n'existe pas de moteur dahlander synchrone.

Pour créer le champ magnétique, on utilise des aimants, ce qui rend le moteur relativement cher. De plus le montage et le démontage nécessite des précautions particulières. Utilisé en surcharge ou à une température trop élevée, les aimants peuvent perdre leur magnétisation, rendant le rotor inutilisable.

Il existe également des moteurs synchrones à électro-aimant, le courant est apporté par deux bagues et des frotteurs. Le courant pour l'électro-aimant doit être redressé. Ce moteur a un moins bon rendement et nécessite plus d'entretien.

Le moteur synchrone peut être utilisé en générateur électrique (c'est même le type de générateur le plus souvent utilisé). Le champ magnétisant est produit par un bobinage alimenté par des bagues et balais ou par un second générateur inversé sur le même axe. Cette construction permet de se passer de balais et de bagues.

Le moteur à réluctance variable est décrit sur une page séparée. Il s'agit également d'un moteur synchrone.

Les petits moteurs pas-à-pas utilisés dans certaines applications (imprimantes à jet d'encre,...) sont des moteurs à réluctance variable. Ils permettent un positionnement très précis, à un "pas" près.

On a redécouvert les moteurs à réluctance variable et on les utilise dans certaines applications grâce à leur très bon rendement et leur construction simple (voitures électriques, gros moteurs de ventilateurs, de pompes et de compresseurs,...)

Moteur asynchrone classiqueMoteur synchrone à (électro-)aimantMoteur à réluctance variable
Construction simple, utilisée dans pratiquement toute l'industrie. En modifiant la forme des barres de la cage d'écureuil, on peut fabriquer des moteurs avec une courbe de couple différente. Nécessite des aimants permanents ou des électro-aimants et un système de bagues et de frotteurs. Les aimants ou les électro-aimants introduisent des contraintes que le moteur asynchrone n'a pas. Type de moteur peu connu dans l'industrie. Le moteur est très simple et facile à fabriquer. A puissance égale le moteur peut être plus petit, car le rotor dissipe moins de chaleur.

Bon rendement, est utilisé dans toutes les applications courantes

Très bon rendement, est utilisé là où le rendement est primordial (très gros moteurs et voitures électriques)

Très bon rendement, est utilisé dans les voitures électriques

Avec ou sans variateur de fréquence, moteurs double ou triple vitesse possible sans variateur

Est utilisé avec variateur à cause de la taille du moteur ou de l'application

Nécessite un variateur de fréquence adapté

Très souple, peut être utilisé partout

Très cher, limité aux applications spécifiques

Cher parce que peu utilisé, idéal pour les régimes variables

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