Le moteur synchrone est un type de moteur à courant alternatif. La vitesse de rotation (vitesse de synchronisme) est constante et est synchronisée avec la fréquence de la tension électrique à laquelle il est connecté et le nombre de paires de pôles du moteur.
Ce sont généralement des moteurs triphasés, mais les moteurs synchrones de petite puissance sont souvent alimentés par la tension monophasée commune disponible dans les maisons. Le moteur synchrone est également appelé moteur vectoriel ou moteur Rowan.
Comme tous les moteurs électriques, le moteur synchrone a pour but de transformer l'énergie électrique en énergie mécanique.
La même machine électrique qui fonctionne comme un moteur synchrone peut également être utilisée comme générateur électrique, et dans ce cas on l'appelle un alternateur. La plupart des générateurs électriques sont en fait de ce type.
Les moteurs synchrones sont ainsi nommés parce que la vitesse du stator et du rotor sont les mêmes.
Les moteurs synchrones sont utilisés dans les grandes machines qui ont une charge variable et nécessitent une vitesse de rotor constante.
Qu'est-ce qu'un moteur synchrone ?
Le moteur synchrone est composé du rotor et du stator.
Le rotor est la partie tournante solidaire de l'arbre dans laquelle se trouvent plusieurs pôles magnétiques de polarité alternée créés par des aimants permanents ou des électro-aimants. Les électro-aimants sont alimentés en courant continu (appelé courant d'excitation).
Dans le stator dans le circuit de puissance des enroulements sont présents. Les pièces polaires du stator créent un champ magnétique tournant. Le champ magnétique du stator entraîne les pièces polaires du rotor.
L'expression mathématique qui relie la vitesse de la machine aux paramètres mentionnés est :
où:
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f : fréquence du réseau électrique auquel la machine est connectée (Hz)
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P : Nombre de paires de pôles que possède la machine
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p : Nombre de tours par minute de l'arbre.
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n : vitesse de synchronisation machine (tours par minute)
Par exemple, si vous avez une machine à quatre pôles (2 paires de pôles) connectée à un courant électrique de 50 Hz, le rotor tourne à 1 500 tr/min.
Comment démarrer un moteur synchrone ?
Le démarrage de ce type de moteur est relativement complexe car il présente une courbe de couple impulsionnel centrée sur la fréquence du courant d'alimentation du stator. Cela signifie que le rotor a un couple de traînée uniquement et exclusivement s'il tourne à la même fréquence que le courant alternatif du stator.
Par conséquent, lorsque le moteur s'arrête, l'application de la tension alternative ne peut pas faire démarrer le moteur car le rotor a un couple nul. Pour cela, le moteur est initialement amené à la vitesse de rotation finale par un moteur asynchrone. Puis, après avoir déconnecté ce dernier, la tension d'alimentation est connectée à la même fréquence de rotation atteinte et, par la suite, la charge mécanique de l'utilisateur est insérée.
En plus d'avoir physiquement 2 moteurs en parallèle, cela peut également être réalisé avec des moteurs synchrones fabriqués expressément à cet effet et passant ensuite en mode synchrone.
Ces dernières années, l'utilisation de l'électronique de puissance a considérablement simplifié la mise en service.
Ainsi, partant de la fréquence nulle et la faisant croître très progressivement, est activé en permanence un couple capable d'accélérer le moteur à partir de l'arrêt.
Quelle est la différence entre un moteur synchrone et un moteur asynchrone ?
Par rapport à un moteur asynchrone (ou moteur asynchrone), le moteur synchrone n'est pas capable de s'adapter à des variations importantes de couple résistant.
En effet, si une fois à pleine vitesse la rotation est freinée ou accélérée au-delà d'une certaine limite, une série d'oscillations se déclenchent qui provoquent le blocage du moteur et peuvent provoquer de fortes surintensités pouvant endommager le moteur. De plus, une protection contre les surintensités doit être fournie.
Comment freiner un moteur synchrone triphasé ?
En règle générale, la vitesse souhaitée de ce type de moteur est réalisée au moyen d'un rhéostat.
Le moteur synchrone lorsqu'il atteint le couple critique s'arrêtera, ce n'est pas la façon la plus orthodoxe de le faire. Le couple critique est atteint lorsque la charge affectée au moteur dépasse le couple moteur.
Cependant, la meilleure façon de le faire est de faire varier la charge jusqu'à ce que le courant absorbé du réseau soit le plus faible possible, puis on déconnecte le moteur. Une autre façon de faire, et plus communément, c'est de régler le rhéostat, donc on fait varier l'intensité et on peut débrancher le moteur sans aucun risque.