CHAPITRE XIII MOTEURS SYNCHRONES

87. Principe des moteurs synchrones. — La notion de synchronisme esi inhérente aux phénomènes périodiques, c'està-dire ^ux phénomènes qui se reproduisent à des intervalles <Ie temps réguliers. Lorsque ces intervalles de temps sont identiquement les mêmes pour deux phénomènes distincts, ■on dit qu'ils sont en synchronisme : ainsi, deux pendules •d'égale longueur oscillent synchroniquement.

Dans le cas particulier des moteurs à courant alternatif, ces moteurs sont synchrones lorsque leur vitesse angulaire dépend absolumen't de la fréquence du courant qui les alimente, en -ce sens que la vitesse angulaire du moteur reste invariable, ^juelle que soit sa charge, tant que la fréquence du courant -qui ralimente reste constante.

Il y a lieu d'étudier successivement le moteur synchrone à •courant alternatif simple et le moteur synchrone à courants polyphasés.

88. Moteur synchrone à courant alternatif simple. — On peut se faire une idée exacte du fonctionnement d un moteur synchrone k courant alternatif en rappelant les phénomènes qui se produisent dans une transmission d'énergie à courant continu.

Dans la dynamo génératrice on a un cht m p magnétique pratiquement constant qui donne naissance à une force éleclro-

motrice dans les spires de Tinduit lorsque ce dernier est mi? en mouvement. Le collecteur de la dynamo a pour objet de transmettre dans le circuit extérieur, toujours dans le môme sens, le courant dû à la force électromotrice, en invertissant les communications de Tenroulement induit avec le circait extérieur à Tinstant précis où le courant change de sens. Le collecteur du moteur à courant continu, ce dernier constituant le récepteur placé à Tautre extrémité de la ligne, remplit une fonction opposée à celle du collecteur *de la dynamo génératrice; en effet, par suite de Tinversion des communications entre les extrémités du circuit induit et celles du circuit extérieur, le courant change de sens au moment voulu, c'est-àdire au moment où Taction électromagnétique répulsive due au pôle Nord, par exemple, vient à cesser, en môme temps que Faction attractive du pôle Sud commence à se produire ; c'est pourquoi l'induit est toujours entraîné à se mouvoir dans une direction déterminée.

Le rôle rempli par les deux collecteurs est donc le môme,, mais les actions produites sont opposées. Etant donné ce fait,, il est naturel de rechercher s'il ne serait pas possible d'effectuer une transmission d'énergie sans utiliser les deux collecteurs^ en transmettant directement surla ligne le courant produit par la force électromotrico alternative qui est développée dans l'induit de la dynamo génératrice et en admettant, pour simplifier l'explication, que cet enroulement induit est limité h une seule spire; à l'arrivée, le courant alternatif de la ligne serait transmis directement aussi à l'induit du moteur, supposé constitué également par une seule spire.

Au point de vue théorique, rien ne s'oppose à ce que le moteur, placé dans ces conditions, soit actionné; au point de vue pratique, le même résultat peut encore ôtre obtenu; mais, au point de vue théorique et, à plus forte raison, au point de vue pratique, il y a une condition indispensable à remplir pour obtenir le résultat voulu, c'est que la vitesse angulaire de la spire du moteur doit ôtre telle qu'elle permette à la force électromagnétique développée d'agir toujours dans le sans

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favorable au mouvement de rotation, c'est-à-dire que la spire doit se trouver soumise à Faction d'un des pôles inducteurs pendant la première demi-période et à Faction de l'autre pendant la seconde demi-période.

La vitesse angulaire de la spire est donc absolument liée à la fréquence du courant qui Talimente et ce genre de moteur a reçu pour cela le qualificatif de synchrone. Il ne faut pas oublier qu un moteur synchrone a une vitesse angulaire déterminée, en relation nécessaire et invariable avec la fréquence du courant alternatif qui Talimente, vitesse qui est absolumeiTt indépendante de la charge et de l'intensité du champ magnétique inducteur.

Dans un moteur synchrone, la spire de l'induit doit effectuer un tour dans le temps correspondant à une période ; mais si l'inducteur, au lieu d'être bipolaire, comporte quatre pôles, la spire ne doit alors effectuer qu'un demi-tour par période; par conséquent, la vitesse angulaire du moteur est d'autant plus petite que le nombre de champs polaires inducteurs est plus grand. Si /> est le nombre de champs polaires et n le nombre de tours par seconde, le moleur doit satisfaire à l'égalité suivante ;

dans laquelle /"est la fréquence du courant; c'est du reste la même relation qui a été trouvée pour les génératrices (§64),

Dans le moteur h courant continu, la vitesse angulaire est indépendante de toute relation analogue, parce que l'action électromagnétique produite est toujours de sens favorable au mouvement; cette action électromagnétique n'est pas fonction de la vitesse angulaire de l'induit et elle s'exerce ainsi grâce à la présence du collecteur et de ses balais.

Un moteur à courant continu peut être alimenté indifféremmentpardes piles, desaccumulateursou desdynamos bipolaires ou multipolaires; le moteur synchrone à courant alternatif, au contraire, jie peut fonctionner qu'à une vitesse angulaire

déterminée, dépenilant de la fréquence du courant alternatif qui l'alimente et, par conséquent, du type d alternateur produisant ce courant.

Dans une transmission d'énergie à courant continu, le même type de machine peut être utilisé à volonté soit comme génératrice, soit comme moteur. Il en est de même pour une transmission synchrone à courant alternatif; mais, dans ce cas, la vitesse angulaire de la génératrice et celle de la réceptrice ne sont égales qu'à la condition que le nombre de champs polaires «oit égal dans lès deux machines. Pour une fréquence déterminée, les vitesses angulaires sont inversement proportionnelles au nombre respectif de champs polaires.

La. possibilité d'avoir un moteur à vitesse angulaire invariable peut, dans certains cas, constituer un avantage ; mais, dans la plupart des cas qui se rencontrent dans la pratique, cet avantage disparait, principalement lorsque la charge que doit supporter le moteur est sujette à de brusques variations. On comprend, en effet, que, chaque fois que ces variations de charge viennent à se produire, la vitesse angulaire du moteur, par suite de l'inertie, doit subir des variations qui compromettent son bon fonctionnement, puisque cette vitesse est absolument dépendante de la fréquence du courant. On reviendra, du reste, sur ce sujet un peu plus loin.

Pour lé moment, il y a lieu de remarquer que le moteur synchrone à courant alternatif simple présente dans son emploi une difficulté importante, c'est le démarrage. Dans le moteur à courant continu, quelle que soit la vitesse angulaire de la partie mobile, la concordance des actions électromagnétiques qui se produisent entre les pôles et le courant circulant dans l'induit existe continuellement et se maintient toujours; il n'en est pas ainsi dans le moteur synchrone^ parce que cette concordance des actions magnétiques commence à peine à se produire seulement à l'instant où la vitesse angulaire de Torgane mobile est celle qui correspond au synchro-^ nisme.

C'est pour ce motif que, si le courant dans la fipire s'inverse

FiG. 178.

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avant que cette spire ait dépassa, la ligne neutre {fig. 173), le couple moteur^ change de signe et le mouvement de Tinduit est ralenti, ce ralentissement augmentant à chaque tour jusqu'à l'arrêt complet.

C'est pour cela que le moteur synchrone à courant alternatif ne démarre pas, même à vide, sans le secours d'une impulsion étrangère et qu'il est indispensable, en outre, qu'il soit amené à la vitesse de synchronisme. Ce n'est que lorsque ces conditions sont réalisées que Ton peut le mettre en circuit et lui appliquer la charge. C'est aussi pour les mômes raisons que ce genre de moteurs ne peut supporter de brusques surcharges. I