L’étude du comportement d’un moteur électrique est une tâche difficile et qui nécessite, avant tout, une bonne connaissance de son modèle dynamique afin de bien prédire, par voie de simulation, son comportement dans les différents modes de fonctionnement envisagés.
Jusqu’à un passé récent les machines à courant continu (M C C) ont été majoritairement utilisées dans les entraînements à vitesses variables, grâce à ces propres avantages (facile à commander, découplage naturel du flux et du couple) .
Cependant, la fragilité du système balai collecteur a toujours été un inconvénient de la M.C.C, ce qui limite la puissance et la vitesse maximale et présente des difficultés de maintenance et des interruptions de fonctionnement. C’est pour cette raison qu’on a eu intérêt à utiliser des moteurs électriques à courant alternatif afin d’écarter cet inconvénient.
Les machines à courant alternatif alimentées par des convertisseurs statiques pour en faire des actionneurs à vitesse variable devient de plus en plus courant, Parmi des machines électriques utilisées, les machines synchrones à aimants permanents (MSAP).
Cette machine (MSAP) reste un bon candidat. Son choix devient attractif et concurrent de celui des moteurs asynchrones grâce à l’évolution des aimants permanents qu’ils soient à base d’alliage ou à terre rare. Cela leur a permis d’être utilisée comme inducteur dans les moteurs synchrones offrant ainsi, par rapport aux autres types de moteur, beaucoup davantage, entre autres, une faible inertie et un couple massique élevé.
Description de la machine synchrone à aimants permanents
Structure
La machine synchrone est constituée de deux parties, une partie mobile ou rotor constituant l’inducteur, et une partie fixe ou stator portant des enroulements constituant l’induit.
Le stator
Le stator d’une machine synchrone triphasée est constitué de trois enroulements triphasés représenté par les trois axes (a, b, c) déphasés, l’un par rapport à l’autre, de 120° dans l’espace logés dans les encoches du circuit magnétique fixe.
Le rotor
Partie mobile de la machine, est réalisé par un circuit magnétique comportant des aimants permanents ,La roue polaire est conçue soit à pôles lisses ou à pôles saillants.
Avantages et inconvénients de la MSAP
Les avantages
La machine synchrone à aimants permanents possède plusieurs avantages par rapport aux autres machines à courant continus, asynchrone, synchrone à excitation électrique.
– Robustesse incontestée par rapport au moteur à courant continu.
– Facteur de puissance et rendement élevés par rapport à ceux des moteurs asynchrones.
– Puissance massique élevée et précision de sa commande.
– Augmentation de la constante thermique et de la fiabilité grâce à l’élimination des bagues et des balais
– Une capacité à fonctionner à haute, voire très haute vitesse.
– Absences des contacts glissants.
– L’utilisation d’aimants permanents au rotor permet d’éliminer les pertes électriques dans le circuit rotorique.
Les inconvénients
Parmi les inconvenants de la MSAP on cite :
– Cout de la machine élevé.
– Les vibrations et les chocs influent sur la structure de la machine.
– Ondulation de couple, coût élevé des aimants, technologie coûteuse, survitesse pénalisante.
– Risque de désaimantation (irréversible) : limite de température maximale.
– Interaction magnétique due au changement de structure.
– Pertes par courants de Foucault dans les aimants.
Les domaines d’application de MSAP
Les moteurs MSAP sont largement utilisés dans l’industrie, en particulier dans les servomécanismes des machines-outils et robotique…etc. et on peut les trouvent dans nombreuses applications, comme :
– Les équipements domestiques (machine à laver le linge).
– Les automobiles.
– Les équipements de technologie de l’information (DVD drives).
– Les outils électriques, jouets, système de vision et ses équipements.
– Les équipements de soins médicaux et de santé (fraise de dentiste).
– Les servomoteurs.
– Les applications robotiques.
– La production d’électricité.
– La propulsion des véhicules électriques et la propulsion des sous-marins.
– Les machines-outils.
– Les applications de l’énergie de l’éolienne.
Autopilotage de la MSAP
Un moteur synchrone fonctionnant en mode non autopiloté est fortement instable. La fréquence des courants au stator est asservie à la rotation du rotor de manière à maintenir le synchronisme entre le champ créé par les courants du stator et le moment magnétique du rotor. Il en découle que le champ statorique « tourne » à la vitesse du rotor. A l’arrêt du rotor, le champ statorique est immobile, et donc réalisé la condition de synchronisme quel que soit la vites de stator.
Pour pouvoir piloter correctement le champ magnétique, la position du rotor sera récupérée à l’aide d’une chaîne d’acquisition (codeur incrémental) et à l’aide d’un onduleur commandé, nous pourrons ajuster l’angle entre les courants du stator et la fréquence qui alimentera la machine synchrone.
Introduction general |
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