2.4.5. Zéro électrique

Zéro électrique synchro transformateur

Zéro électrique synchro transformateur

Pour que les synchros fonctionnent correctement dans un système, il faut qu'ils soient câblés et alignés convenablement entre eux et avec les autres matériels avec lesquels ils sont utilisés.

Le point d'alignement de référence est appelé zéro électrique (Electrical zero). Quelle que soit l'application, les points de référence mécanique et électrique doivent être alignés ensemble. La position mécanique de référence est habituellement choisie en premier et ensuite le synchro est réglé au zéro électrique

Le zéro électrique du transformateur est défini comme l'angle pour lequel le rotor est perpendiculaire au stator S2 comme indiqué dans la figure ci-contre sur laquelle les deux axes sont dans la position 0°.


Le champ composé du stator du transformateur est également dans la direction 0°. Si l'un des axes est déplacé, une tension sera induite dans le rotor, évoluant avec l'angle selon lequel les spires sont coupées par le champ magnétique.

Lorsque la différence angulaire des deux axes atteindra 90°, les spires du rotor seront traversées normalement par le champ et la tension induite sera maximale. Il faut remarquer que c'est la différence des angles des deux axes et non leur valeur absolue qui détermine la grandeur de la tension induite, laquelle sera maximale lorsque les deux axes seront soit à 0°, soit à 10° et 100°, soit à 200° et 290°, et ainsi de suite.

Mathématiquement, la tension induite dans le rotor est égale à son amplitude maximale multipliée par le sinus de la différence des angles des deux axes. En supposant que la tension induite maximale est de 26 Veff, pour une différence angulaire de 30° elle vaudra : Emax x sin 30° = 26 x 0,5 = 13 Veff.

En étant puriste, il faudrait écrire : Esortie = Emaxsin ωt sin Θ, ω étant la pulsation (2.π.fréquence) de la tension d'excitation et Θ étant la différence angulaire des deux axes.


Relations tension et phase fonction rotation

Relations tension et phase fonction rotation

Sur la figure ci-contre, on a dessiné la variation de l'amplitude de la tension en fonction de la différence angulaire des deux axes. Cette tension induite peut être soit en phase, soit en opposition de phase avec la tension excitatrice appliquée au rotor du transmetteur selon que l'axe du transformateur est en avance ou en retard sur l'axe du transmetteur. Par convention, on considère que l'angle de l'axe va dans le sens croissant (P) lorsqu'il est tourné dans le sens anti-horaire, vu à partir de l'extrémité de l'axe.


Avec cette convention et en positionnant l'axe du transmetteur sur 90° et celui du synchro-transformateur sur 150°, l'axe du synchro-transformateur est en avance de 60° sur celui du transmetteur. La tension induite dans le rotor du synchro-transformateur est égale à 0,866 fois la tension maximale (sin 60° = 0,866) et se trouve en phase avec l'excitation du rotor du transmetteur.

En positionnant alors l'axe du transformateur sur 30°, il se retrouve en retard de 60° sur celui du transmetteur et l'amplitude de la tension induite dans le rotor du transformateur est aussi égale à 0,866 fois la tension maximale ; mais elle est en opposition de phase avec l'excitation du rotor du transmetteur.

Il y a deux positions du rotor du transformateur, par rapport à la position du rotor du transmetteur, pour lesquelles la tension induite aux bornes du rotor est nulle. Il est donc indispensable de bien déterminer laquelle de ces deux positions est la bonne et correspond bien au zéro électrique, autrement, un système asservi tendrait à augmenter l'erreur au lieu de la diminuer. Une méthode de détermination possible est la suivante :

  1. Placer l'axe du transformateur sur l'une des deux positions à sortie nulle.
  2. Tourner l'axe du transformateur doucement en sens anti-horaire en vérifiant la phase de la tension du rotor avec celle de la tension d'excitation du rotor du transmetteur.
  3. Si la tension induite dans le rotor du transformateur est en phase avec l'excitation, la position choisie en 1. est la bonne.
  4. Si la tension induite dans le rotor du transformateur est en opposition de phase avec l'excitation, la position choisie en 1. n'est pas la bonne.

La plupart des synchros sont marqués par des repères gravés, une flèche sur le corps et un trait sur l'axe de manière à les faire coïncider pour approcher le zéro électrique sans possibilité d'erreur entre les deux positions de tension nulle.

Zéro électrique par la méthode du voltmètre

zéro grossier voltmétre
zéro fin voltmètre

Zéro électrique de Synchro transmetteur et récepteur.

Comme les synchro transmetteurs et récepteurs sont fonctionnellement et physiquement identiques, ils peuvent être alignés au zéro électrique avec la même méthode. Cette méthode, dite du voltmètre, nécessite d'avoir accès aux bornes de liaison électriques des synchros et de pouvoir les déconnecter du circuit utilisateur.

  1. Caler l'axe du synchro sur 0° ou sur la position mécanique de référence zéro du système à aligner. 
  2. Effectuer un réglage grossier en appliquant la tension de référence entre R1 et R2, un court-circuit entre R2 et S3 et un voltmètre connecté entre R1 et S2.
  3. Tourner le stator pour rechercher la valeur de tension minimum sur le voltmètre AC. Dans ce cas de câblage, il n'y a qu'une seule position de tension minimum, ce qui permet de s'affranchir de l'ambiguïté des deux positions de tension nulle expliquées précédemment.
  4. Noter et conserver la position du stator.
  5. Déconnecter la tension de référence, le court-circuit et le voltmètre.

  6. Effectuer le réglage fin en appliquant la tension de référence entre R1 et R2 et en connectant le voltmètre AC entre S1 et S3. Tourner doucement le stator pour obtenir une tension nulle ou un minimum sur le voltmètre.
  7. Bloquer le stator.
  8. Déconnecter la tension de référence et le voltmètre.
  9. Connecter le circuit utilisateur préalablement déconnecté.
  10. Le zéro électrique est effectué.

Il est possible de vérifier si le zéro électrique a bien été effectué. En effet, avec le transmetteur sur 0°, les tensions induites dans S1 et S3 doivent être de valeur identique. En plaçant alors un court-circuit entre S1 et S3 cela n'affectera pas l'équilibre électrique et le rotor du récepteur ne doit pas bouger.


Zéro électrique de Synchro différentiel

zéro grossier différentiel voltmétre
zéro fin différentiel voltmètre

Un synchro différentiel est considéré calé au zéro électrique lorsqu'il n'introduit aucun changement d'angle dans le système. Comme pour les synchro transmetteur et récepteur, la méthode du voltmètre nécessite d'avoir accès aux bornes de liaison des synchros et de pouvoir les déconnecter du circuit utilisateur.

  1. Caler l'axe du synchro différentiel sur 0° ou sur la position mécanique de référence zéro du système à aligner.
  2. Effectuer un réglage grossier en appliquant la tension de référence entre S2 et S3/S1, un court-circuit entre R1 et R3 et un voltmètre connecté entre S2 et R2.
  3. Tourner le stator pour rechercher la valeur de tension minimum sur le voltmètre AC.
  4. Noter et conserver la position du stator.
     
  5. Déconnecter la tension de référence, le court-circuit et le voltmètre
  6. Effectuer un réglage fin en appliquant la tension de référence entre S2 et S1/S3 et en connectant le voltmètre AC entre R1 et R3. Tourner doucement le stator pour obtenir une tension nulle ou un minimum sur le voltmètre.
  7. Bloquer le stator.
     
  8. Déconnecter la tension de référence et le voltmètre.
  9. Connecter le circuit utilisateur préalablement déconnecté.
  10. Le zéro électrique est effectué.

Zéro électrique de Synchro transformateur

zéro grossier transformateur voltmètre
zéro fin transformateur voltmètre

Le zéro électrique d'un synchro transformateur nécessite deux conditions :

  1. Un tension rotorique nulle ou minimum lorsque les tensions de calage sont appliquées sur le stator.
  2. Une tension rotorique en phase avec la tension de référence lorsque l'axe du rotor est tourné en sens anti-horaire depuis la position zéro.

Avant d'effectuer le zéro électrique d'un synchro transformateur, il est indispensable d'avoir d'abord effectuéle zéro électrique du synchro transmetteur (TR) relié à son stator.

  1. Caler l'axe du synchro transmetteur alimentant le stator du synchro transformateur sur 0° ou sur la position mécanique de référence.
  2. Caler l'axe du synchro transformateur sur 0° ou sur la position mécanique de référence.
  3. Modifier le câblage existant du stator comme indiqué sur la figure ci-contre et connecter un voltmètre AC entre S3 et R2.
  4. Mettre le système sous tension et tourner le stator pour rechercher la tension minimum sur le voltmètre.
  5. Noter et conserver la position du stator.
  6. Mettre le système hors tension et connecter le câblage tel qu'il était avant 3.
  7. Placer un court-circuit entre S1 et S3 et le voltmètre entre R1 et R2
  8. Mettre le système sous tension et tourner doucement le stator pour rechercher le minimum de tension.
  9. Bloquer le stator, mettre le système hors tension, retirer le court-circuit et le voltmètre.
  10. Le zéro électrique est effectué.

Zéro électrique par la méthode du verrouillage électrique

zéro vérouillage électrique

Synchro transmetteur et récepteur

Cette méthode n'est pas aussi précise que la méthode du voltmètre, mais elle est beaucoup plus rapide. Elle ne peut être utilisée que si le rotor peut tourner librement et avec les connexions électriques accessibles ; de ce fait, elle est plutôt utilisée pour les synchro récepteurs.

  1. Mettre le système hors tension.
  2. Modifier le câblage existant en connectant les fils suivant le schéma ci-contre.
  3. Mettre sous tension.
  4. Le rotor se bloque rapidement en position zéro électrique.
  5. Éventuellement tourner le corps du synchro pour que l'aiguille indicatrice indique 0° ou la valeur de référence.
  6. Bloquer le stator et mettre le système hors tension.
  7. Rétablir le câblage d'origine.
  8. Le zéro électrique est effectué.

MÀJ : 9 septembre 2022

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