1. Constitution etprincipe de fonctionnemen








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date de publication22.10.2016
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Moteur asynchrone triphasé:

1. Constitution etprincipe de fonctionnemen

1.1. Stator = inducteur

Il estconstitué de troisenroulements (bobines) parcourus par des courants alternatifstriphasés et possède p paires de pôles.

Champ tournant
Les courants alternatifsdans le stator créent un champ magnétiqueBtournant à la pulsation de[1]
synchronisme :

ΩS : vitessesynchrone de rotation du champ tournant en rad.s-1. : pulsation des courants alternatifs en rad.s-1. = 2..f
p :nombre de paires de pôles.

: pulsation des courants alternatifs en rad.s-1. = 2..f

p : nombre de paires de pôles.
s



1.2. Rotor = induit

Le rotor n’estrelié à aucune alimentation.Il tourne à la vitesse de rotation Ω.

Rotor à cage d’écureuil

Il estconstitué de barresconductricestrèssouvent en aluminium. Les extrémités de cesbarressontréunies par deuxcouronneségalementconductrices. On ditquele rotor est en court-circuit.

Sa résistance électriqueesttrèsfaible.[3]



1.3. Rotor bobiné

Les tôles de ce rotor sontmuniesd’encochesoùsontplacés des conducteurs formant des bobinages[2].
On peutaccéder à cesbobinages par l’intermédiaire de troisbagues et troisbalais. Cedispositifpermet de modifier les propriétésélectromécaniques du moteur

1.4. Courants induits

Des courants induitscirculentdans le rotor.

1.5. Entrefer

L’entreferestl’espace entre le stator et le rotor.

1.6. Glissement

Le rotor tourne à la vitesse Ω plus petite que la vitesse de synchronisme Ωs. On ditque le rotor «��glisse��» par rapport au champ tournant.
Ceglissement g vadépendre de la charge.[4]

2. Symboles





3. Caractéristiques

3.1. Fonctionnement à vide

A vide le moteurn’entraîne pas de charge.

Conséquence: le gilssementestnulest le moteurtourne à la vitesse de synchronisme.

A vide: g=0 n0 nS

Autresobservations :

- lefacteur de puissance à vide esttrèsfaible (<0,2) et le courant absorbéereste fort (P est petit et Q est grand).On parlealors de courant réactifoumagnétisant (ilsservent à créer le champ magnétique.[3]

3.2. Fonctionnement en charge

Le moteurfournitmaintenant de la puissance active, le stator appelleuncourant actif.

Remarque :le moteurasynchroneest capable de démarrer en charge.

3.3. Caractéristiquemécanique Tu = f(n)


3.4. Modélisation de la partie utile de la courbe

On veutdéterminerl’équation de la droite qui modélise la partie utile de la caractéristiquemécanique.

Il fautdeux points��:

Equation d’unedroite��: Coefficient directeur (pente)��:

Ordonnée à l’origine : point A1

ya.xb

Tu a.nb
n2 nS a.nS b

x2 x1
=aest grand (droitepresqueverticale) et a estnégatif.

Remarque: le point A2 peutaussiêtrefourni par les informations figurant sur la plaque signalétique de la machine (couple nominal Tn et vitessenominale nn).

3.5. Caractéristiquemécanique en fonction du glissement

L’axe en n etl’axe en g sontinversés.

D’où la mêmecaractéristique avec l’axe en g. Cettefois ci le modèleestunedroite passant

parl’origine, doncd’équation: yk.xsoitTu k.g[1]



Finalement:

Au voisinage du point de fonctionnement nominal, le couple utile estproportionnel au glissement.[2]

Tu k.gkestuneconstante de proportionnalité (coefficient directeur) en N.m.

4. Démarrage du moteur

Nous venons de dire que le courant de démarrageesttrès important (4 à 8 fois In). Pour ne pas détériorer le moteur, ilconvient de réduirecetappel de courant.[4]

Il existedeuxprocédés : - utilisation de résistances de démarrage ; - démarrage sous tension réduite.

Nous allonsvoirdeux solutions pour démarrer sous tension réduite.

4.1. Démarrageétoile - triangle

Cetteméthodeconsiste à diminuer, le temps du démarrage, la tension d’alimentation.



Montage étoile :

la tension aux bornes d’un enroulementest plus faibleque la tension entre phase du réseau.

Montage triangle :

U’ = U



U’ = U / 3
La tension aux bornes d’un enroulementest plus faible en étoilequ’en triangle.

4.2. Démarrage par auto-transformateur

On augmenteprogressivement la tension aux bornes des phases du moteur à l’aide d’un auto- transformateurtriphasé.

5. Bilan des puissances



5.1. Puissance électriqueabsorbée : Pa

U : tension entre deuxbornes du moteur

I : courant en lignPa 3UIcos

5.2. Pertes par effet joule au stator : pjs

pjsRI2 R: résistanceentredeuxbornesdustator

5.3. Pertesfer au stator : pfs

Elles ne dépendentque de la tension U et de la fréquence f et sontdoncconstantessi le moteurestcouplé au réseau.[2]

5.4. Puissance transmise : Ptr

PtrPa pjspfsC’est la puissance quereçoit le rotor. 5.5. Moment du couple électromagnétique : Tem

Les forces qui s’exercentsur les conducteurs du rotor tournent à la vitesse ΩS : ellesglissentsur le rotor qui, lui, ne tournequ’à la vitesse Ω.
L’action de l’ensemble des forces électromagnétiques se réduit à un couple électromagnétiquerésultant de moment Tem.

5.6. Puissance mécaniquetotale : PM

Le couple électromagnétique de moment Tementraîne le rotor à la vitesse Ω. Il luicommuniquedonc la puissance mécaniquetotale PM.

P T

PM Ptr(1g)

Cette puissance comprend la puissance utile et les pertesmécaniques.

5.7. Pertes par effet joule et pertesdans le fer au rotor : pjret pfr

Cespertesreprésentent la différence entre Ptret PM. Ellessont dues aux courants induits.Elles ne sont pas mesurables car le rotor est court-circuité. On les calcule.
Donc: pjrpfrPtrPM PtrPtr(1g)gPtr

5.8. Pertesmécaniques : pm

pm Pu PM La vitesse de rotation variant peu en marchenormale, cespertessontpratiquementconstantes.

5.9. Pertes «��collectives��» : pc

Cespertes ne dépendentque de U, f et n. Commeces grandeurs sontgénéralementconstantes, les pertesfer au stator et les pertesmécaniques le sontaussi.

pc pfspm

On définit le couple de perte:

Te=

5.10. Puissance utile : Pu

Puissance utile :

Pu PM pm

6. Point de fonctionnement du moteur en charge

C’est le point d’intersection des caractéristiques T = f(n) du moteur et de la charge.

Tu : couple utile du moteur Tr : couple résistant

La courbe du couple résistantdépend de la charge.

6.1 Méthode de résolutiongraphique



Tracer à l’échellesur du papiermillimétré les deuxcaractéristiques et relever les coordonnées du point d’intersection.[4]

7. Branchement du moteursur le réseautriphasé

Il n’est pas toujours possible de brancherunmoteurasynchrone en étoileou en triangle.

Exemple :

- surune plaque signalétique d’un moteur on lit : 380 / 220
- le réseauest en 220 / 380 V
De la plaque signalétique on déduitque la tension nominaled’une phase du moteurest de 220��V .
Si on branchecemoteur en triangle, la tension au borne d’une phase sera de 380 V ce qui est trop élevé.



U = 380 V
U’ = 380 / 3 = 220 V

Ce montage est possible

U = 380 V
U’ = U = 380 V

Ce montage n’est pas possible



Conclusion :cemoteurpeutêtrebrancheruniquement en étoilesur le réseau 220/380V

Remarque :ils’agit en fait d’un vieuxmoteur. Actuellementtous les moteurssupportent 380V par phase. Ilssupportentmêmesouvent 400 V et 415 V, car le réseau EDF évolueprogressivementversces tensions.

Exempled’une plaque signalétique d’un moteurasynchrone :

8. Moteurasynchronemonophasé

En monophasé le moteurpeuttournerdansunsensoul’autre. De ce fait il a également du mal à démarrer tout seul. Il fautprévoirundispositifsupplémentaire qui luipermettra de démarrer tout seuldans un sensdéterminé. Il s’agitsouvent d’un enroulementou de spires auxiliaires.[1]

.

9. Utilisation du moteurasynchrone

Le moteurasynchronetriphasé, dont la puissance varie de quelquescentaines de watts à plusieursmégawattsest le plus utilisé de tous les moteursélectriques. Son rapport coût/puissance est le plus faible.
Associés à des onduleurs de tension, les moteursasynchrones de forte puissance peuventfonctionner à vitesse variable dans un large domaine (les derniers TGV, le Tram de Strasbourg,��...).

Toutefoisl’emploi de ce type de moteurestévité en très forte puissance (P��>��10��MW) car la consommation de puissance réactiveestalors un handicap.

Remarques :en électroménager (exemple : lave-linge) la vitesse des moteursasynchronesn’est pas réglée par un onduleur, maiscesmoteurspossèdentplusieursbobinages. Il estalors possible de changer le nombre de paires de pôles et donc la vitesse.[2]

10. Réglage de la vitesse d’un moteurasynchrone

La vitesse de synchronisme nS dépend de la fréquence fS des courants statoriques.
Et comme la vitesse n restetrèsproche de la vitesse de synchronisme, pour varier la vitesse du moteurilfaut en fait varier la fréquence fS .

En réalité pour faire varier la vitesse sans modifier le couple utile ilfautgarder le rapport Vs fs

constant (VS est la tension d’alimentation d’un enroulement).
Si on augmente la vitesse, ilfaut augmenter la fréquence et la tension d’alimentationdans les limites du bon fonctionnement de la machine.
On obtient le réseau de caractéristiques. La zone utile estl’ensemble des segments de droitesparallèles. Sur le plan technique, celapermetuntrès bon réglage de la vitesse.

Un moteurasynchronepouvantfonctionner sous 220V / 50Hz n’est pas sous-alimentési, à l’aide d’un onduleur, on ne lui applique qu’une tension de 110V à 25Hz. Il peutainsidévelopper, à vitesseréduite, le même couple maximal queceluiqu’ilpeutfournir à vitesseélevée.[4]

11. Réversibilité

Toutes les machines tournantessontréversibles. Dans le cas de la machine asynchrone, étantdonnéque son rotor n’est pas excité, elle ne peutêtreautonome. Maiselleestréversibledans le sensoùellepeutfournir de la puissance au réseau en fonctionnant en charge.

12. Vocabulaire

asynchrone champ tournantsynchrone cage d’écureuil rotor bobiné

courantsinduits
glissement
courant réactifoumagnétisantdémarrageétoile - triangle démarragestatorique

démarragerotorique puissance transmise puissance mécaniquetotalepertesconstantes

13. Complément :caractéristiques T=f(n) de quelques charges

Le démarrage d’un système (charge) par unmoteur ne peutavoir lieu quesi à chaque instant le couple moteurestsupérieur au couple résistant plus l’inertie du système.

Machine à puissance constante (enrouleuse, compresseur, essoreuse)

Machine à couple constant (levage, pompe)



Machine à couple proportionnel à la vitesse (pompevolumétrique, mélangeur)

Machine à couple proportionnel au carré de la vitesse (ventilateur)[1]

14. Bibliographieetorigine de certainesillustrationsw

[1]Physique Appliquée,

[2]terminaleélectrotechnique - collection R. Mérat et R. Moreau - édition Nathan technique 1994.


[2]Electrosystème,

[3]première STI - H. Ney - édition Nathan technique 1996.
Physique appliquée,

[4]terminalegénieélectrotechnique - Delva, Leclercq, Trannoy - édition Hachette éducation 1994.

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