UN moteur synchrone fonctionne à constante vitesse de synchronisation, quelle que soit la charger. Voyons l’effet du changement de charge sur le moteur. Considérons un moteur synchrone fonctionnant initialement avec un facteur de puissance avancé. Le diagramme de phaseur pour le facteur de puissance principal est indiqué ci-dessous :
La charge sur l’arbre est augmentée. Le rotor ralentit momentanément, car il lui a fallu un certain temps pour extraire davantage de puissance de la ligne. En d’autres termes, on peut dire que même si le rotor tourne à une vitesse synchrone, le rotor recule dans l’espace à cause de l’augmentation de la charge. Dans ce processus, l’angle de couple δ devient plus grand et, par conséquent, le couple induit augmente.
L’équation du couple induit est donnée par :
Ensuite, l’augmentation du couple augmente la vitesse du rotor et le moteur retrouve à nouveau la vitesse synchrone, mais avec un angle de couple plus grand. La tension d’excitation Ef est proportionnel à ϕω, il dépend du courant de champ et de la vitesse du moteur. Étant donné que le moteur se déplace à une vitesse synchrone, le courant de champ est également constant. Par conséquent, l’ampleur de la tension |Ef| reste constante. Nous avons,
D’après les équations ci-dessus, il est clair que si P augmente, la valeur de Ef sinδ et moiun cosϕ augmente également.
La figure ci-dessous montre l’effet d’une augmentation de charge sur le fonctionnement d’un moteur synchrone.
Il ressort de la figure ci-dessus qu’avec l’augmentation de la charge, la quantité jIunXs continue à augmenter et la relation V = Ef + jIunXs est satisfait. Le courant d’induit est également augmenté. L’angle du facteur de puissance change également avec le changement de charge. Il devient de moins en moins en avance puis de plus en plus en retard comme le montre la figure ci-dessus.
Ainsi, si la charge sur un moteur synchrone est augmentée, les points suivants sont pris en compte et sont indiqués ci-dessous.
- Le moteur continue de tourner à vitesse synchrone.
- L’angle de couple δ augmente.
- La tension d’excitation Ef reste constante.
- Le courant d’induit Iun tirés de l’augmentation de l’offre.
- L’angle de phase ϕ augmente dans le sens du retard.
Il existe une limite à la charge mécanique pouvant être appliquée à un moteur synchrone. À mesure que la charge augmente, l’angle de couple δ augmente également jusqu’à ce que la condition se présente lorsque le rotor est sorti du synchronisme et le moteur est arrêté.
Couple d’extraction est définie comme la valeur maximale du couple qu’un moteur synchrone peut développer à la tension et à la fréquence nominales sans perdre le synchronisme. Ses valeurs varient de 1,5 à 3.5 fois le couple à pleine charge.