Synchronisation du coefficient de puissance et de couple
Définition de la puissance de synchronisation
La puissance de synchronisation, notée Psyn, est définie comme la variation de la puissance synchrone P en fonction des changements de l'angle de charge δ. Aussi appelée rigidité du couplage, facteur de stabilité ou facteur de rigidité, elle quantifie la tendance inhérente d'une machine synchrone (générateur ou moteur) à maintenir la synchronisation lorsqu'elle est connectée à des barres de collecteur infinies.
Principe du maintien de la synchronisation
Considérons un générateur synchrone transmettant une puissance constante Pa à un angle de charge δ0. Une perturbation transitoire provoquant une accélération du rotor (par exemple, une augmentation de δ de dδ) déplace le point de fonctionnement vers une nouvelle courbe de puissance constante, augmentant la charge à Pa+δP. Comme la puissance mécanique d'entrée reste inchangée, la charge électrique supplémentaire ralentit le rotor, rétablissant ainsi la synchronisation.
Inversement, si une perturbation ralentit le rotor (diminuant δ), la charge diminue àa Pa−δP. La puissance d'entrée constante accélère alors le rotor, rétablissant la synchronisation.
Coefficient de puissance de synchronisation : une mesure de l'efficacité corrective
L'efficacité de ce mécanisme autocorrectif dépend du taux de variation du transfert de puissance par rapport aux variations de l'angle de charge. Cela est quantifié par le coefficient de puissance de synchronisation, qui représente mathématiquement comment la puissance s'ajuste pour restaurer l'équilibre après une perturbation.
Ce principe souligne le rôle fondamental de la puissance de synchronisation dans le maintien de la stabilité du réseau, permettant aux machines synchrones de contrebalancer automatiquement les perturbations et de maintenir un fonctionnement en régime permanent.
Puissance par phase du générateur à rotor cylindrique coefficient de couple de synchronisation
Dans de nombreuses machines synchrones, Xs >> R. Par conséquent, pour une machine à rotor cylindrique, en négligeant la saturation et la résistance du stator, les équations (3) et (5) deviennent
Unité du coefficient de puissance de synchronisation Psyn
Le coefficient de puissance de synchronisation est exprimé en watts par radian électrique.
Si P est le nombre total de paires de pôles de la machine.
Le coefficient de puissance de synchronisation par radian mécanique est donné par l'équation suivante :
Le coefficient de puissance de synchronisation par degré mécanique est donné par :
Coefficient de couple de synchronisation
Le coefficient de couple de synchronisation est défini comme le couple généré à la vitesse synchrone, où le couple de synchronisation correspond spécifiquement au couple produisant la puissance de synchronisation à cette vitesse. Noté τsy, le coefficient est exprimé par l'équation :
Où,
m est le nombre de phases de la machine
ωs = 2 π ns
ns est la vitesse synchrone en tours par seconde
Signification du coefficient de puissance synchrone
Le coefficient de puissance synchrone Psyn quantifie la rigidité du couplage magnétique entre le rotor et le stator d'une machine synchrone. Un Psyn plus élevé signifie un couplage plus rigide, mais une rigidité excessive peut exposer la machine à des chocs mécaniques dus à des variations abruptes de charge ou d'alimentation, potentiellement endommageant le rotor ou les bobinages.
Les deux équations ci-dessus (17) et (18) indiquent que Psyn est inversement proportionnel à la réactance synchrone. Une machine avec des entrefer plus grands présente une réactance relativement plus faible, la rendant plus rigide qu'une machine avec des entrefer plus petits. Puisque Psyn est directement proportionnel à Ef, une machine sur-excitée montre une plus grande rigidité qu'une machine sous-excitée.
La capacité de rétablissement est maximisée lorsque δ = 0 (c'est-à-dire sans charge), tandis qu'elle diminue à zéro lorsque δ = ±90∘. À ce point, la machine atteint un équilibre instable et la limite de stabilité en régime permanent. Ainsi, il est inopérant de faire fonctionner une machine à cette limite de stabilité en raison de sa résistance nulle aux petites perturbations, sauf si elle est équipée d'un système d'excitation à action rapide spécialisé.
