Machines synchrones - Fonctionnement en régime autopiloté

Les machines synchrones occupent, au sein des machines électriques, une place croissante tant en génération d'énergie qu'en actionnement. Leur principe, leur modélisation, ainsi que leur fonctionnement en régime permanent ont été décrits respectivement dans les dossiers [D 3 520], [D 3 521] et [D 3 522].

Le fonctionnement autopiloté, décrit dans ce dossier, consiste à contrôler le champ d'induit de façon optimisée, afin d'améliorer très sensiblement les performances. Tout d'abord, le risque de décrochage inhérent aux moteurs synchrones non autopilotés est complètement éliminé ; ensuite, l'optimisation de l'amplitude du champ induit et de l'angle qu'il fait avec le champ inducteur permet des améliorations très sensibles des performances, qu'il s'agisse du rendement énergétique ou de l'extension de la courbe enveloppe de la puissance à haute vitesse. Que ce soit en modes moteur ou générateur ou sur des structures tournantes ou linéaires, le fonctionnement autopiloté a permis d'accroître considérablement les possibilités d'application des machines synchrones, et plus particulièrement, celles à aimants dont la pénétration est continue dans quasiment tous les secteurs, notamment parce que le coût des aimants a fortement diminué, tout du moins relativement au coût des autres matières premières (cuivre et fer). Mais, pour obtenir un fonctionnement autopiloté et les possibilités de contrôle évoquées, il est nécessaire d'avoir un onduleur, un système de contrôle et a priori des capteurs de position et de courant. Dans ce dossier sont décrits les principes de fonctionnement des machines synchrones autopilotées « idéales » (à forces électromotrices et courants sinusoïdaux), qui offrent les meilleures performances globales, ainsi que ceux d'autres solutions que nous qualifions de spéciales. Ces dernières permettent d'un côté d'atteindre de très hauts niveaux de puissance grâce à l'emploi de thyristors ou d'un autre côté d'obtenir des systèmes économiques grâce à une simplification du captage de position et du contrôle, solutions rencontrées plutôt dans le domaine des petites puissances.