Machines synchrones

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Machines synchrones
ELEC 2753 Électrotechnique

• E. MATAGNE
• ernest.matagne_at_uclouvain.be

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Introduction
3

• Les machines synchrones sont les générateurs
  électriques AC les plus utilisés. On les appelle
  alternateur quand elles sont utilisées en
  génératrice.
• La gamme de puissance va
• de quelques watts (W) (magnéto de vélo)
• au gigawatt (GW) (alternateurs des centrales
  nucléaires).
• (combien de MW vaut un GW ? Quest-ce quun MW
  ?)
• Cest le seul type de machine utilisé à ce niveau
  de puissance.

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Alternateurs
5
Procédé de production 01 (réseau EDF)
Cas général dune centrale hydraulique
Barrage
Réserve deau
Bâtiment de la centrale
Lignes THT
3
TRANSFORMATEUR
Matière dœuvre entrante
2
ALTERNATEUR
EAU
1
TURBINE
Autres procédés
Conduite forcée
Canal de fuite
Cheminée de succion
Voir
6
(No Transcript)
7
(No Transcript)
8
Note les images qui précèdent concernent des
centrales hydrauliques où les alternateurs
tournent lentement. Les alternateurs des
centrales thermiques (nucléaires comprises) sont
moins impressionnants parce que, comme ils
tournent plus vite, ils sont capables pour un
même volume de fournir une puissance plus
grande. Ils semblent donc petits en comparaison
de la turbine.
9
On utilise aussi les machines synchronesen
moteur (exemple TGV atlantique)
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Puissance 1130 kW Tension 1200Vrms Vitesse
4000tr/min Rendement 96 Poids 1525Kg 4
moteurs par motrice
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Moteur monté sur bogie Loco BB 15055 5,6 MW 6,9
tonnes
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1. Dispositions constructives
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• Une machine synchrone est une machine à champ
  tournant.
• Les deux parties séparées par lentrefer jouent
  des rôles différents.
• Le champ est fixe par rapport à lune de ces
  parties, nommée inducteur (normalement au rotor).
  Linducteur est muni dun enroulement alimenté en
  DC , dun aimant permanent ou (non exclusif) de
  saillances magnétiques.
• Le champ est mobile par rapport à lautre partie,
  nommée induit (normalement au stator). Linduit
  est muni dun système triphasé (ou polyphasé)
  denroulements,
• Il existe des machines synchrones inversées (plus
  rares) dont linduit est au rotor et linducteur
  au stator.

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• Comme pour les autres machines à champ tournant,
  le nombre de paires de pôles est le même au
  stator et au rotor.
• Le stator dune machine synchrone est à pôles
  lisses et est muni dun système triphasé
  denroulements (comme celui dune machine
  asynchrone). La vitesse de rotation est égale à
  la vitesse de synchronisme (pourquoi ?)

ou
15

• La configuration normale (induit au stator) est
  normalement la plus intéressante.
• ? En effet, les enroulements situé au rotor sont
  normalement connectés au circuit extérieur via un
  système de bagues et de balais. Or, cest
  linduit qui échange le plus de puissance avec
  lextérieur (car cest lui seul qui intervient
  dans le processus de conversion dénergie). On
  préfère donc laisser linduit au stator et
  alimenter si nécessaire linducteur par un
  système de bagues et de balais.
• ? Linducteur étant fixe par rapport au champ
  magnétique, il ne présente pas de pertes
  magnétiques. On peut le constituer de fer massif
  et il est donc plus robuste, ce qui est plus
  utile au rotor.

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Induit dune machine de configuration normale

• Linduit (stator) est à pôles lisses. Il est
  similaire au stator dune machine asynchrone.

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Induit dune machine de configuration normale

• Pour obtenir des pôles lisses, on place les
  conducteurs dans des encoches petites, donc
  nombreuses.
• Les têtes de bobines

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Rotor à pôles saillants

• Souvent plusieurs paires de pôles (p gtgt 1).
• Cest le rotor seul qui présente des saillances.
• Pôles profilés pour obtenir un champ sinusoïdal.

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• Les pôles saillants conviennent pour les
  alternateurs lents (centrales hydrauliques, par
  exemple centrales de pompage) car ils permettent
  une construction avec un grand nombre de pôles.
• Forme souvent aplatie. Exemple pour un
  alternateur de 100 MVA 300 t/m rotor de
• 5 m de diamètre et
• 1 m de longueur axiale)

Exemple dalternateur à pôles saillants à axe
horizontal.
20

• Les rotors à pôles lisses

La répartition des encoches permet d obtenir un
champ sinusoïdal. Ce sont les rotors utilisés
dans les alternateurs des centrales thermiques
(nucléaires, gaz, mazout, charbon). Ordre de
grandeur pour un alternateur de 100 MVA 3000 t/m
rotor de 1 m de diamètre et 5 m de
longueur axiale.
21
Il existe aussi, pour des machines plus petites,
des inducteurs à aimants permanents. Avantages
pas de liaison du rotor avec l extérieur et pas
de pertes Joule. Inconvénients prix, absence de
possibilité de réglage, donc pertes magnétiques
max., et difficultés constructives (solutions
frettes, rotor situé à lextérieur du
rotor). Exemple avec pôles saillants Exemple
avec pôles lisses aimants enterrés aimants
montés en surface
22
2. Équations en régime permanent
23
Force électromotrice sur une spire
En électrotechnique, on appelle force
électromotrice la tension induite par le flux
magnétique principal. Ce nest pas la notion vue
en physique ! Soit Fc le flux maximum encerclé
par une spire du stator ( ? flux par pôle).
Sur une spire, en supposant que le champ
dentrefer est réparti de façon sinusoïdale et
que sa vitesse de rotation est constante, on a
(supposant le déphasage nul)
Le p/2 est là pour se rapprocher de notations
habituelles
Donc, en prenant la dérivée du flux
Valable aussi dans une machine asynchrone. Dans
le cas dune machine synchrone, on peut remplacer
wsynchr. par wm .
24
Force électromotrice sur un enroulement
Sur une spire du stator, on a
La force électromotrice dun enroulement vaut, en
posant ? m le nombre denroulements (phases) du
stator (le plus souvent m 3) ? n le nombre
total de conducteurs actifs du stator (deux pour
chaque spire)
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Phaseur force électromotrice
On peut mettre cette équation sous la forme
phasorielle
où
et où ws est la pulsation électrique au stator,
qui vaut ws p wm .
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Eléments série

• La force électromotrice d un enroulement n est
  égale à sa tension que si aucun courant ne le
  parcourt.
• En présence d un courant, il faut tenir compte
• de la chute de tension ohmique Ra i
• du flux de fuite (flux associé au courant i mais
  qui ne traverse pas l entrefer).

Le flux de fuite effectue une partie
substantielle de son trajet dans l air
(intérieur de l encoche, isthme ou bord de
l entrefer). On suppose souvent que la relation
entre ce flux et le courant est linéaire et
qu elle ne dépend pas de la valeur du flux
principal. Avec cette hypothèse, le flux de fuite
vaut Ya La i
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Eléments série
La tension d un enroulement vaut donc, en
phaseurs, en définissant la réactance Xa w La
si sens de référence  récepteur  si sens de
référence  générateur 
ou
Attention Xa et La sont des paramètres
cycliques on ne peut pas les mesurer sur une
phase seule.
28
Ces équations peuvent se mettre sous la forme
d un circuit équivalent
Ce circuit équivalent est incomplet il faut
encore préciser comment la tension E induite par
le flux principal est liée aux courants.
29
Expression du flux principal
Le flux principal ne dépend pas seulement du
courant if de l inducteur. Il dépend aussi du
courant I de l induit. Ce phénomène s appelle
la réaction d induit. Pour l étudier, on
suppose que les effets du courant d inducteur et
du courant d induit sur le flux principal sont
identiques, à un rapport de transformation a
près. Il faut tenir compte d un déphasage
entre ces deux effets. D une part, la position
de l inducteur, exprimée en angle électrique,
vaut p q , où p est le nombre de paires de pôles
et q la position du rotor. D autre part, en
régime permanent, le courant d induit occupe une
position w t ji . L écart entre ces deux
positions reste constant puisque q qo wm t en
régime permanent, où qo est la position du rotor
à l instant t 0 . Pour une question de
facilité, lorigine de cet angle est choisie ici
de telle sorte que linducteur soit en quadrature
magnétique arrière par rapport à la première
phase du stator lorsque langle de position est
nul.
30
L hypothèse ci-dessus peut s exprimer sous
forme de phaseur le flux principal est supposé
entièrement déterminé par un  courant
magnétisant  valant
où if est le courant d inducteur (nous utilisons
une minuscule, bien que ces équations concernent
le fonctionnement en régime, pour nous conformer
à la coutume en la matière). Le p/2 vient de la
convention choisie pour lorigine de langle qo
. La question est de savoir quel est le lien
entre le courant magnétisant et le flux principal
!
31
Cas des machines synchrones à pôles saillants

• La situation est assez complexe lorsque la
  machine est à pôles saillants. En effet, dans ce
  cas, l action du courant d induit sur le champ
  principal dépend de la position de ce courant par
  rapport à l inducteur. Nous allons examiner les
  deux cas extrêmes d un courant
• tel que l axe magnétique du courant d induit
  soit décalé de 90 électrique par rapport à celui
  de l inducteur (courant transversal, ou en
  quadrature)
• ou tel que l axe magnétique du courant
  d induit coïncide avec celui de l inducteur
  (courant longitudinal, ou direct)

Dans le cas général, on peut décomposer le
courant d induit en un courant direct et un
courant en quadrature !
32
Dans le premier cas (courant en quadrature),
l effet du courant est de s opposer au flux
d inducteur à une extrémité des pôles et de le
renforcer à l autre extrémité (cet effet est
analogue à celui de la réaction transversale dans
les machines à courant continu). Si on fait
abstraction de la saturation, l effet global est
nul, mais l axe magnétique du pôle est décalé.
33
Dans le second cas (courant direct), l effet du
courant d induit se combine à celui de
l inducteur. Il peut soit réduire l effet du
courant d inducteur (comme dans le cas
représenté), soit le renforcer. Selon le cas, on
dira que le courant d induit est démagnétisant
ou magnétisant.
34
La modélisation des machines synchrones à pôles
saillants s effectue en séparant le courant Im
et le flux Ym en une composante directe et une
composante en quadrature. Dans le cas d une
machine non saturée (caractéristique magnétique
linéaire), le flux direct est proportionnel au
courant direct et n est pas influencé par le
courant en quadrature. De même, le flux en
quadrature est proportionnel au courant en
quadrature et n est pas influencé par le courant
direct. C est la théorie de la double réaction,
due à Blondel. Cette théorie ne donne cependant
pas de très bons résultats en pratique car les
machines sont habituellement saturées. Dans le
cas d une machine saturée (caractéristique
magnétique non linéaire), chaque composante du
flux dépend des deux composantes du courant
c est ce que l on appelle la saturation
croisée. Ceux qui souhaitent en savoir plus
peuvent consulter la page http//www.lei.ucl.ac.
be/matagne/GLISSANT/SEM01/S01P21.HTM
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Même dans le cas linéaire, on ne peut représenter
le comportement d une machine synchrone à pôles
saillants par un circuit monophasé équivalent
unique il faudrait deux circuits équivalents,
l un pour  l axe direct  et l autre pour
 l axe en quadrature . Cela conduit à une
étude plus compliquée que celle faite pour le
transformateur et la machine asynchrone. Pour
linstant, nous nous intéresserons uniquement au
modèle des machines à pôles lisses. L effet du
courant est facile à modéliser si
l inducteur est à pôles lisses. En effet, dans
ce cas, le courant est associé à un flux
tel que la relation entre ces deux
grandeurs ne fait plus intervenir la position du
rotor. On obtient alors le circuit équivalent de
la dia suivante.
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Dans le cas d une machine à pôles lisses, les
équations sont entièrement décrites par le
circuit équivalent ci-dessous (circuit équivalent
de Potier). On a également ajouté le circuit
équivalent de l inducteur, qui, en régime, est
découplé du circuit d induit et se réduit à une
résistance Rf puisque les flux vus par
l inducteur sont constants.
Nous appellerons ce circuit  circuit équivalent
de référence . Pour revenir aux notations du
livre
Dans ce circuit équivalent, les éléments Xr et Rm
sont barrés pour rappeler qu il s agit
d éléments non linéaires (à cause de la
saturation magnétique). On a désigné la tension
et le courant d inducteur par une minuscule,
bien qu on soit en régime, pour suivre la
coutume.
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Bilan de puissance
Considérons à nouveau le circuit équivalent de
référence des machines à pôles lisses.
Les grandeurs de ce circuit équivalent ont une
signification physique. 3 Ra I2 correspondent
bien aux pertes par effet Joule. 3 E2/Rm ou EL2
/Rm correspondent bien aux pertes magnétiques du
stator ( que dire du rotor ?). Rf If2 correspond
bien aux pertes d excitation. La puissance
convertie en puissance mécanique est donc
clairement le triple de la puissance de la source
de courant !
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Remarque sur les modèles

• Le circuit équivalent n est pas LA réalité, mais
  un modèle (représentation de la réalité).
• Le modèle parfait n existe pas il faut faire
  un compromis entre
• la précision du modèle
• sa simplicité (on doit être capable de
  déterminer la valeur de ses paramètres, puis de
  l utiliser pour prédire le comportement du
  dispositif dans d autres situations)
• Le circuit équivalent de référence présenté aux
  dias précédentes est satisfaisant du point de vue
  de la précision (du moins pour les machines à
  pôles lisses), mais on peut le trouver un peu
  trop compliqué.

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Circuit équivalent simplifié
Peut-on simplifier le circuit équivalent des
machines à pôles lisses ?
Nous allons remplacer la partie de droite par son
équivalent de Thévenin, soit une source de
tension de valeur
étant l impédance résultant de la mise en
parallèle de Rm et jXr .
40
On obtient ainsi
Remarques dans ce circuit équivalent, la
puissance dissipée dans Rm ne correspond plus aux
pertes magnétiques, puisque sa tension n est
plus égale à E. Il en résulte que la puissance
convertie n est pas tout à fait la puissance de
la source de tension ! Eo n est pas fonction
uniquement de if elle dépend aussi du niveau de
saturation. Le niveau de saturation n est
fonction ni de if seul, ni de Eo seul, ni de I
seul. Par contre, le niveau de saturation est
fonction de E seul (voir circuit de référence à
la dia précédente)
41
En théorie des circuits, on sait que, à une
fréquence fixée, on peut toujours remplacer un
dipôle formé de plusieurs éléments par un
équivalent formé seulement de deux éléments en
série. Appliquant cette recette au circuit
équivalent ci-dessus, on obtient un circuit
équivalent simplifié comportant une réactance Xs
(que l on appelle la réactance synchrone) et une
résistance Rs .
Compte tenu des ordres de grandeurs habituels, on
peut souvent confondre Rs avec Ra . Remarque ce
circuit ne fournit plus la force électromotrice
E.
42
Rappel
On peut arriver au même résultat en considérant
que le rotor équivaut au rotor dune machine
asynchrone à rotor bobiné triphasé dont on
nutiliserait quune partie.
Dans le cas linéaire, on obtient
Dans cette formule, ws Lcs est la réactance
synchrone Xs et le dernier terme nest autre que
43
Si l on souhaite pouvoir déterminer la force
électromotrice E , on peut scinder la réactance
synchrone Xs en les réactances Xr et Xa . Cela
revient à négliger l effet de la résistance Rm .
On obtient
Remarque on appelle souvent Eo la force
électromotrice à vide. Cette interprétation est
peu précise car elle ne tient pas compte de la
saturation magnétique. De même, le flux Yo qui
induirait une force électromotrice Eo n est pas
le flux dû à l inducteur seul !
44
Si on fait abstraction des pertes magnétiques,
langle de phase de est qeo p qo .
En effet
45
La puissance convertie nest pas la puissance de
la source de tension, sauf si on fait abstraction
des pertes magnétiques. En ce cas Pconv 3 Eo I
cos (qeo js ) où qeo est langle de phase de Eo
(qui dépend de la position du rotor) et js
langle de phase du courant (on suppose que la
tension sert de référence de phase). Si on
néglige aussi la résistance Ra on peut trouver
une expression encore plus simple.
Preuve
46
3. Diagramme vectoriel
47
Dans cette partie du texte, nous considérons que
le sens de référence du courant d induit est le
sens générateur. A titre dexemple, le circuit
équivalent de référence est donc
48
Diagramme phasoriel
Nous allons construire le diagramme phasoriel en
nous posant la question suivante quel sera le
courant d excitation if nécessaire pour
alimenter une charge sous une tension U imposée,
sachant que la charge consommera un courant I à
facteur de puissance cos j fixés. Prenant la
phase de la tension comme référence, on peut
tracer le phaseur , puis . Le second
forme avec le premier un angle j , pris dans le
sens anti-horlogique ou horlogique selon que le
courant est capacitif ou inductif).
49
En utilisant le circuit équivalent simplifié, on
peut calculer les phaseurs correspondant aux
chute de tension sur Rs et Xs , et donc trouver
Eo en ajoutant ces phaseurs au phaseur tension.
On sait que le courant d excitation if est
proportionnel à Eo , ce qui achève la
détermination. Pour tracer le diagramme de cette
façon, il faut estimer indépendamment le niveau
ce saturation (sur base de U, puisque E n a pas
été déterminé).
50
Un graphe plus précis est possible si l on a
déterminé Xa , car on peut alors déterminer E et
en déduire la valeur précise de Xr avant de
terminer le diagramme, comme indiqué ci-contre.
51
Sur ce diagramme, nous avons supposé la charge
inductive (courant en retard). Dans ce cas, Eo
est normalement en avance sur U d un angle
inférieur à 90 et Eo est plus grand en norme que
U . Dans le cas d une charge capacitive, on peut
arriver aux conclusions opposées, comme le montre
le diagramme ci-dessous. Le courant d excitation
nécessaire est donc plus petit. Il peut même
arriver que l aimantation rémanente de
l inducteur suffise (autoamorçage) quand la
charge est très capacitive. On constate que, pour
fournir de la puissance réactive, il faut un
courant d excitation plus élevé que pour en
consommer.
52
Un cas particulier intéressant est celui où le
courant dinduit est purement réactif. Dans ce
cas, on a approximativement (il faut que Ra soit
relativement petit) E ? U Xa I et Eo ? U
Xs I
53
Pour réaliser un point de fonctionnement, il ne
suffit pas d appliquer le courant d excitation
adéquat. Il faut évidemment aussi fournir à
l alternateur, sous forme mécanique, une
puissance égale à la puissance électrique que son
induit transmet à la charge ( augmentée des
pertes mécaniques, magnétiques et Joule de
l alternateur). Pourquoi les pertes
d excitation ne sont-elles pas citées ci-dessus
?
54
3. Détermination expérimentale des paramètres
55
Essai en alternateur à vide
On entraîne la machine, induit non connecté, à
vitesse nominale. On relève la caractéristique
Uo-ieo (tension à vide - courant d excitation à
vide). Cette caractéristique n est pas linéaire,
bien qu elle soit normalement moins saturée que
celle d une machine DC (car l entrefer est plus
grand). On l appelle  caractéristique
magnétique . La figure ci-contre donne l allure
de cette caractéristique (nous n avons pas
considéré l effet de l hystérésis ni du champ
rémanent).
Pourquoi y a-t-il un facteur racine de trois ?
56
Remarque 1 dans le cas des machines dont
l inducteur ne comporte pas d enroulement, mais
seulement des aimants permanents, on ne peut
relever qu un seul point de la
caractéristique. Remarque 2 la tension Uo est
pratiquement proportionnelle à la vitesse de
rotation. Si on n a pas pu faire l essai
exactement à vitesse nominale, on peut effectuer
une règle de trois pour obtenir la
caractéristique cherchée.
57
Or, à vide, on sait que E Uo . Compte tenu de
la forme du circuit équivalent de référence, on
peut considérer la caractéristique magnétique
comme une fonction reliant la force
électromotrice E à un courant d excitation
effectif if eff défini par
Si on connaît a , on peut trouver pour chaque
point de la courbe la valeur de Zm correspondante
(donc de Xr si on néglige l effet de Rm ) .
Malheureusement, la détermination de a est
relativement difficile de sorte que l on cherche
à utiliser directement la caractéristique
magnétique.
58
Pour cela, il suffit de remarquer que la
transformation de Thévenin qui conduit au circuit
équivalent simplifié établit une relation
linéaire entre Eo et if . La figure ci-contre
montre quelle est cette relation. Malheureusement,
à cause de la saturation magnétique, la droite
Eo-If dépend du point de fonctionnement considéré
!
Pour une approche qualitative du comportement de
la machine, on néglige souvent la saturation,
auquel cas on peut écrire Eo a Zm if où a
Zm est une constante. On a pratiquement Zm Xr
.
59
Note sur les pertes magnétiques
Si, pendant l essai à vide d une machine
synchrone, on mesure la puissance mécanique
consommée par la machine, cette puissance
correspond à la somme des pertes mécaniques et
des pertes magnétiques. Si on exprime ces pertes
en fonction de Uo , on peut séparer les pertes
mécaniques (la limite quand Uo tend vers 0) des
pertes magnétiques. On peut considérer que les
pertes magnétiques sont en fait fonction de E
(qui égale U durant l essai à vide)
Remarque 1 la séparation des pertes mécaniques
et magnétiques n est pas possible dans le cas
d une machine à aimants permanents. Remarque 2
la courbe doit être relevée à vitesse constante.
Une règle de trois n est pas possible car les
pertes ne sont pas proportionnelles à la vitesse.
60

• Conclusions
• les mesures effectuées durant l essai à vide
  permettent de déterminer Rm , pourvu que l on
  puisse mesurer la puissance mécanique.
• Par contre, les mesures effectuées durant
  l essai à vide ne permettent de déterminer Xr
  que si on connaît a . Il faut donc
• soit déterminer a par un autre procédé
• soit utiliser le circuit équivalent simplifié,
  qui ne nécessite pas la détermination de Xm .

61
Comportement en court-circuit
Si l on considère le circuit équivalent de
référence avec induit court-circuité, on voit que
le courant de court-circuit s obtient en
appliquant au courant if / a l effet d un
diviseur de courant formé de Zm et Za .
On obtient ainsi
Nous avons ajouté l indice ns pour indiquer que,
dans cet essai, Zm n est pas saturé, comme nous
allons le montrer.
62
Lors d un fonctionnement à induit
court-circuité, la force électromotrice E est
égale à la chute de tension sur Ra et Xa . Or,
ces éléments, étant de vrais éléments série, sont
relativement petits. Plus précisément, la chute
de tension qu ils occasionnent, même pour un
courant égal au courant nominal, reste petite par
rapport à la tension nominale. On en déduit que,
pendant un fonctionnement en court-circuit, la
force électromotrice E reste petite, donc que Xr
n est pas saturé et garde donc une valeur
pratiquement constante. Le courant de
court-circuit est donc proportionnel au courant
d excitation. Cette remarque est utile, car il
n est normalement pas possible d effectuer un
essai en court-circuit à courant d excitation
nominal (le courant I dépasserait largement le
courant nominal). On effectue donc l essai à
courant d excitation réduit et on extrapole la
droite obtenue.
63
Remarque Le courant de court-circuit dépend peu
de la vitesse de rotation. En effet, le diviseur
de courant formé de Zm et Za est essentiellement
inductif, de sorte que ces deux impédances
restent dans le même rapport malgré la variation
de la fréquence (sauf si la vitesse, donc la
fréquence, devient si faible que la résistance Ra
devient comparable à Xa ).
64
L équation
Ne permet pas de déterminer a parce que le
dernier facteur n est pas tout à fait égal à 1
(bien que, ordinairement, Zm soit d un ordre de
grandeur supérieur à Za ). Cependant, si on
considère une valeur de Eo et une valeur de Icc
correspondant au même courant d excitation if ,
le rapport de ces deux grandeurs ne contient plus
a . On a
65
On peut donc écrire
Cette approximation se réduit à une égalité si on
fait abstraction de ce que Zm est saturé à vide
et non saturé en court-circuit, autrement dit si
on suppose le modèle linéaire.
C est aussi la conclusion à laquelle on arrive
par une application abusive du circuit équivalent
simplifié.
66
En pratique, Rs ? Ra . On peut donc, connaissant
Zs et Ra , calculer
Comme, généralement, Zs est beaucoup plus grand
que Ra , la correction est illusoire, surtout si
Zs a été déterminé aussi grossièrement
qu expliqué ci-dessus. On considère donc souvent
que Xs Zs
67

• Pour déterminer un circuit équivalent plus
  précis, même simplifié, on ne peut pas se
  contenter d un essai à vide et d un essai en
  court-circuit.
• Il existe un essai, dit  essai en déwatté  qui,
  joint aux essais à vide et en court-circuit,
  permet de déterminer a et Xa , donc finalement
  tous les éléments du circuit équivalent de
  référence.
• Cet essai consiste à relever la relation entre le
  tension dinduit et le courant dexcitation
  lorsque lalternateur débite un courant purement
  réactif (cos j 0 ).
• Dans ces conditions,
• la chute de tension sur Ra est en quadrature
  avec la tension, tandis que la chute de tension
  sur Xa est en phase avec la tension. On en déduit
  que E? Ua Xa Ia et que la force électromotrice
  est en phase avec la tension.
• la force électromotrice étant en phase avec la
  tension, le courant magnétisant est en quadrature
  avec la tension, donc en phase avec le courant
  dinduit. On en déduit que if ? ifo a Ia .

68
On trace la caractéristique avec courant réactif
sur le même graphe que la caractéristique
magnétique relevée durant lessai à vide. Pour
trouver les points qui se correspondent sur les
deux caractéristiques (même E et donc aussi même
courant magnétisant), comme C et A sur le
graphique, il faut chercher la direction dans
laquelle la caractéristique déwattée doit glisser
pour coïncider avec la caractéristique
magnétique. Ceci nest possible que grâce à la
non linéarité des courbe.
69
A noter que le point à tension nulle de la
caractéristique déwattée correspond
approximativement à lessai en court-circuit.
En effet, si Xa gtgt Ra , le courant de
court-circuit est en quadrature avec la force
électromotrice. Potier a proposé une méthode
graphique qui ne nécessite, en plus du point en
court-circuit, quun seul point de la
caractéristique déwattée !
70
3. Utilisation en alternateurAlimentation du
circuit dexcitation
71

• Nous avons vu que le courant d excitation
  nécessaire dépendait fortement de l amplitude et
  de la phase du courant d induit débité.
  Souvent, le courant consommé par la charge évolue
  dans le temps, et il faut donc ajuster en
  permanence la valeur du courant d excitation.
• Le problème de l excitation présente donc deux
  aspects
• la réalisation d une source DC continue pour
  l excitation
• le réglage (si possible automatique) du courant
  d excitation.
• Nous allons examiner quelques possibilités.

72
Excitation shunt On prélève lénergie nécessaire
à lexcitation à la sortie de linduit. Un
redresseur (G) (ensemble de diodes de puissance)
est nécessaire.
La tension de sortie dépend du courant débité.
73
Excitation compound (obsolete) On peut tenir
compte du courant débité, mais cela nécessite une
somme vectorielle. Par rapport au système shunt,
on utilise un inducteur à faible résistance et on
limite le courant par une inductance placée avant
le redresseur. L effet compound est obtenu en
ajoutant, côté alternatif, un courant
proportionnel au courant débité.
74
Excitation shunt avec régulation électronique On
remplace le redresseur à diode par un redresseur
commandé (à thyristors). Un régulateur (R) mesure
la tension de sortie et ajuste le courant
d excitation en conséquence.
75
Emploi d une dynamo excitatrice Une dynamo est
une machine DC utilisée en génératrice (les
machines DC seront étudiées plus loin dans le
cours). Une partie de lénergie mécanique peut
être utilisée par une telle machine (E) pour
fournir le courant dexcitation de lalternateur.
76
Emploi d un alternateur d excitation (système
 brushless ) Dans le cas des gros alternateurs
(A), la génératrice d excitation (E) est souvent
un alternateur inversé suivi d un redresseur
fixé sur l axe (donc tournant avec celui-ci). Il
y a parfois une troisième machine (P), de petite
taille, pour exciter la seconde ! Cette dernière
est commandée par le régulateur (R).