Bonjour à tous,
Comme le montre le titre, je vous contacte aujourd'hui au sujet des machines tournantes (MCC, synchrone, asynchone) car j'ai une question à laquelle je n'ai jamais trouvé de réponse détaillée sur internet.
Pourquoi, lorsque nous court circuitons les phase d'une machine synchrone par exemple, celle-ci freine ?
Existe t-il un modèle équivalent (électrique) durant cette phase de court-circuit permettant d'expliquer ce freinage ?
Bonjour et bienvenue sur Futura,
Le modèle classique FEM + impédance série de la MCC ou MS suffit pour modéliser les phénomènes électriques.
En court-circuitant la machine tu autorises la circulation d'un courant dans les enroulements, qui vont donc dissiper une certaine puissance. Cette puissance provient du rotor, de l'énergie cinétique y étant accumulée ou de la charge méchaniqe en mouvement, mais dans les deux, cela se traduit par un couple résistant tendant à ralentir le rotor.
Autre manière de voirles choses : le couple est proportionnel au courant, donc en laissant crculerun courant, tu crées un couple résistant tendant à ralentir le rotor.
Un modèle plus complet, prenant en compte l'intégralité du système devra être multiphysique si tu veux ajouter les effets mécaniques et les coupler à la simulation électrique. Ce n'est pas nécessairement particulièrement complexe pour autant.
Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.
Bonjour Antoane merci bcp pour cette réponse.
C'est justement le "cela se traduit par un couple résistant" que je ne comprend pas.
Prenons l'exemple d'une MS fonctionnant en génératrice débitant dans une certaine charge. Le schéma équivalent d'une phase est ci-dessous.
MS_generatrice.png
Maintenant nous court circuitons cette phase comme sur le schéma ci-dessous.
MS_generatrice_CC.png
Première question, le sens du courant est-il bon ?
Ensuite, lorsque la phase est en CC, le rotor a une certaine énergie cinétique (E=(1/2)*J*omega^2), comment celle-ci est convertie en énergie électrique et comment le couple résistant apparaît ?
Comprends-tu le sens physique des différents éléments du modèle :
- Lorsque le rotor tourne dans le stator, il crée un champ magnétique variable dans les bobinages, ce qui entraine l'apparition d'une tension -- c'est la FEM
- Les enroulements ne sont pas parfaits et présentent une certaine résistance électrique -- ainsi qu'une inductance, qu'on va pouvoir négliger ici.
C'est vrai que la MS fonctionne en moteur ou en génératrice, la seule différence et le sens de la puissance (vers, ou depuis, la MS).
Supposont un fonctionnement en génératrice, et que le rotor est en roue-libre (ie. pas entrainé méchaniquement) et présente une inertie non négligeable.
Lorsque la MS est en circuit ouvert, elle ne débite aucun courant, et donc aucune puissance. supposant qu'il n'y a pas de perte (eg par frotement), alors le rotor tourne à vitesse constante "entraine par son inertie".
Supposont que l'on connecte une charge sur la MS. La FEM E=k*w (avec w la vitesse de rotation du rotor) débite un courant d'amplitude E/(Rs + Rcharge)= k*w/(Rs + Rcharge), c'est à dire une puissance E²/(Rs + Rcharge). Unepartie de cette puissance échauffe la machine, le reste fait chauffer Rcharge. Cette puissance provient du rotor, elle lui a été "volée".
Ainsi :
- si la vitesse initiale du rotor était de w, son énergie cinétique était J*w²/2.
- si on extrait une puissance P=(k*w)²/(Rs + Rcharge) pendant un temps dt, on retire une énergie égale à P*dt = dt*(k*w)²/(Rs + Rcharge) au rotor
- l'énergie restant au rotor après dt vaut donc J*w²/2 - P*dt = J*w²/2 - dt*(k*w)²/(Rs + Rcharge) = w² * (J/2 - dt*k²/(Rs + Rcharge)). Cette valeur es inférieure à la valeur initiale, ce qui indique que le rotor a frainé (il suffit d'ailleurs de retourner l'équation pour trouver a nouvelle vitesse de rotation).
- On note que quelque soit la valeur de Rcharge, le moteur ralenti. Cependant, ce ralentissement est maximum (i.e. P*dt est maximum) lorsque Rcharge est minimale, ie lorsque la MS est en court-circuit.
Une autre manière de saisir la physique dans la MS :
- Lorsque le rotor tourne dans le stator, il crée un champ magnétique variable dans les bobinages, ce qui entraine l'apparition d'une tension -- c'est la FEM
- cette tension entraine la création d'un courant dans le circuit
- ce courant crée un champs magn´tique dans le stator s'opposant a celui créé par le rotor. Ca marche alors comme deux aimants se repoussant : il y a une force qui tend à frainer le rotor
C'est la loi de Lenz-Faraday
Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.
Merci pour cette super explication Antoane ! Je pense avoir bien compris le mécanisme.
J'ai deux dernières questions :
- Pourquoi as-tu négligé l'inductance ? Juste pour simplifier le calcul du courant ?
- Admettons maintenant que le rotor soit entraîné par une charge. Le freinage sera efficace si et seulement si le temps de réponse de la charge mécanique sera plus lent que le temps de réponse du freinage. Je veux dire que le freinage sera efficace seulement si la charge mécanique est trop lente pour redonner l'énergie cinétique au rotor qu'il a perdu ?
Bonjour!
Surtout parce qu'une inductance ne consomme pas d'énergie mais ne fait que la stockerPourquoi as-tu négligé l'inductance ? Juste pour simplifier le calcul du courant ?
temporairement. Donc quand on veut calculer les pertes, c'est surtout la résistance qui va
dissiper.
Je me sens perdu dans un hyperespace... Vous pouvez donner un exemple concret de "temps de réponse"Admettons maintenant que le rotor soit entraîné par une charge. Le freinage sera efficace si et seulement si le temps de réponse de la charge mécanique sera plus lent que le temps de réponse du freinage.
de charge mécanique.
Comme c'est de la physique, on peut prendre un exemple très simple de charge mécanique sur un moteur:
un volant d'inertie. Vous pouvez expliquer par exemple le "temps de réponse" d'un volant d'inertie? Ou le
temps de réponse d'un corps quelconque?
Peut-être le temps que le coyote s'aperçoive qu'il est au dessus d'un précipice avant de tomber, ou quelque
chose comme ça?
D'autre part, je ne comprends rien à cette phrase:
Qui a perdu le rotor? Ou plus généralement qui a perdu quoi?Je veux dire que le freinage sera efficace seulement si la charge mécanique est trop lente pour redonner l'énergie cinétique au rotor qu'il a perdu ?
Le freinage sera efficace uniquement si le moteur tourne à une certaine vitesse. L'effet ralentisseur diminue
avec la vitesse. La tension d'un générateur est en gros proportionnelle à la vitesse. Et l'effet joule (donc ici la
dissipation d'énergie) est proportionnel à la tension (à résistance constante, celle des enroulements).
Donc moins le mouvement est rapide, moins le freinage est fort. C'est pour cela que sur tout véhicule,
il y a toujours des freins classiques (disques + plaquettes) pour mettre un point final au mouvement.
Mais l'effet de freinage est immédiat dès que le circuit se ferme et que le courant s'établit.
Autre phénomène physique du même type: un aimant (neodymium si possible) dans un tube vertical.
Dans ce cas, il n'y a quasiment aucune résistance et l'aimant descend très lentement par rapport à la chute
libre dans un tube de même diamètre et même longueur, mais non conducteur.
Pascal
Exemple de temps de réponse de l'effet de freinage: Hé aaaaa, aaaaaa aaattention, fffffff..... ffffff.... fffffff.... freine!
Bonjour,En plus des consoidérations énegétiques indiquées par Murayama, elle aura en pratique un role minime : le di/dt est trop faible pour que le terme L*di/dt soit significatif vs. R*i ou la fem (sauf lorsqu'on connecte le court-circuit, mais ce transitoire qui dure qq ms tout au plus n'est pas intéressant ici). Vu autrement : le temps requis pour que le rotor s'arrête est >> L/Rm, la constante de temps du circuit électrique.
- Pourquoi as-tu négligé l'inductance ? Juste pour simplifier le calcul du courant ?
C'est un peu confu pour moi aussi... En particulier, qu'entends-tu par "freiner" : faire réduire la vitesse, ou apppliquer un couple résistant ?- Admettons maintenant que le rotor soit entraîné par une charge. Le freinage sera efficace si et seulement si le temps de réponse de la charge mécanique sera plus lent que le temps de réponse du freinage. Je veux dire que le freinage sera efficace seulement si la charge mécanique est trop lente pour redonner l'énergie cinétique au rotor qu'il a perdu ?
Lorsqu'on court-circuiter la MS (ou plus g´néralement y connecter une charge Rcharge), on va commencer à extraire de la puissance. Dans ce cas, plusieurs choses peuvent se produire :
- le rotor ralentie jusqu'à s'arreter, par exemple si il n'est connecté qu'á une roue d'inertie qui va peu à peu transférer son énergie à Rcharge+Rs
- le rotor ralenti et se stabilise à une vitesse plus basse (par exemple si le rotor est connecté à une turbine à vapeur alimentée par un flow de vapeur constant)
- le rotor maintient sa vitesse de rotation (après une chute de vitesse transitoire plus ou moins marquée), par exemple si le rotor est connecté à une turbine à vapeur alimentée par un flow de vapeur régulé de manière à maintenir la vitesse de rotation constante.
On peut aussi créer un couple de frainage en alimentant la machine "à l'envers".C'est pour cela que sur tout véhicule, il y a toujours des freins classiques (disques + plaquettes) pour mettre un point final au mouvement.
Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.
Ok pour l'inductance.
Je vous l'accorde ma question était très confuse.
Je m'interrogeais juste sur les deux cas qu'à cité Antoane : "- le rotor ralenti et se stabilise à une vitesse plus basse (par exemple si le rotor est connecté à une turbine à vapeur alimentée par un flow de vapeur constant)
- le rotor maintient sa vitesse de rotation (après une chute de vitesse transitoire plus ou moins marquée), par exemple si le rotor est connecté à une turbine à vapeur alimentée par un flow de vapeur régulé de manière à maintenir la vitesse de rotation constante." et j'ai bien eu mes réponses.
Merci à tout les deux !
