Effet de la charge sur un moteur synchrone

Un moteur synchrone fonctionne à une vitesse synchrone constante, indépendamment de la charge. Examinons maintenant l'impact de la variation de charge sur le moteur. Supposons qu'un moteur synchrone tourne initialement avec un facteur de puissance avancé. Le diagramme vectoriel correspondant au facteur de puissance avancé est présenté comme suit :

Lorsque la charge sur l'arbre est augmentée, le rotor subit un ralentissement momentané. Cela se produit car il faut un certain temps pour que le moteur puisse puiser la puissance supplémentaire du réseau électrique. Autrement dit, bien que le rotor maintienne sa vitesse de rotation synchrone, il "recule" effectivement en position spatiale en raison de la demande de charge accrue. Au cours de ce processus, l'angle de couple δ s'élargit, ce qui entraîne une augmentation du couple induit.

L'équation du couple induit est exprimée comme suit :

Ensuite, le couple accru accélère le rotor, permettant au moteur de retrouver sa vitesse synchrone. Cependant, cette restauration se fait avec un angle de couple δ plus grand. La tension d'excitation Ef est directement proportionnelle à ϕω, dépendant à la fois du courant de champ et de la vitesse de rotation du moteur. Étant donné que le moteur fonctionne à une vitesse synchrone constante et que le courant de champ reste inchangé, la valeur de la tension |Ef| reste constante. On peut donc conclure que

D'après les équations ci-dessus, il devient évident que lorsque la puissance P augmente, les valeurs de Ef sinδ et Ia cosϕ augmentent également.La figure suivante illustre l'impact d'une augmentation de charge sur le fonctionnement d'un moteur synchrone.

Comme le montre la figure ci-dessus, lorsque la charge augmente, la quantité jIaXs augmente progressivement, et l'équation V=Ef+jIaXs 

reste valide. En même temps, le courant d'armature augmente également. L'angle de facteur de puissance subit une transformation avec la variation de charge ; il devient progressivement moins avancé et ensuite de plus en plus retardé, comme illustré clairement dans la figure.

En résumé, lorsque la charge sur un moteur synchrone augmente, les observations clés suivantes peuvent être faites :

• Le moteur maintient son fonctionnement à la vitesse synchrone.

• L'angle de couple δ s'élargit.

• La tension d'excitation Ef reste constante.

• Le courant d'armature Ia prélevé de la source d'alimentation augmente.

• L'angle de phase ϕ se déplace davantage dans le sens du retard.

Il est important de noter qu'il y a une limite à la charge mécanique qu'un moteur synchrone peut supporter. À mesure que la charge continue d'augmenter, l'angle de couple δ continue d'augmenter jusqu'à atteindre un point critique. À ce stade, le rotor est sorti de synchronisme, provoquant l'arrêt du moteur.

Le couple de déclenchement est défini comme le couple maximum qu'un moteur synchrone peut générer à la tension et à la fréquence nominales tout en maintenant le synchronisme. Généralement, ses valeurs varient de 1,5 à 3,5 fois le couple à pleine charge.