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Le moteur asynchrone Table des matières Introduction Principe de fonctionnement

Le moteur asynchrone Table des matières Introduction Principe de fonctionnement et constitution Caractéristiques et relations fondamentales Démarrage des moteurs asynchrones La variation de vitesse des moteurs asynchrones Les variateurs de vitesse électronique « Altivar » 1 Rappels Moteur asynchrone Panneau d’affichage publicitaire 1. Introduction Le moteur asynchrone transforme l’énergie électrique apportée par le courant alternatif monophasé ou triphasé en énergie mécanique. Il est caractérisé par des grandeurs d’entrée qui sont électriques et des grandeurs de sortie qui sont mécaniques. La conversion de l’énergie électrique s’effectue à 80% à l’aide de moteurs asynchrones triphasés grâce à leur simplicité de construction, à leur robustesse et à leur facilité de démarrage. Pour convertir l’énergie électrique en énergie mécanique, les moteurs, ou machines tournantes, utilisent les lois de l’électromagnétisme, et en particulier la loi de Laplace. En effet, l’action d’un champ magnétique sur un courant électrique produit une force F égale à B.i.l (avec l longueur en mètres). B Dessiner rotor et appliquer à la rotation (fig 6 p225) Rappels Moteur asynchrone Dossier Ressource Panneau d’affichage publicitaire 2001/2002 Page 3 sur 19 2. Principe de fonctionnement et constitution. Quels que soient les constructeurs de machine tournante, nous constatons une très grande stabilité des techniques de construction. Par contre, les adaptations de moteurs à différentes applications sont de plus en plus nombreuses : moto-réducteur, moteur-frein, moto-pompe, génératrice asynchrone, … On classe les différentes pièces rencontrées dans toutes machine tournante selon les trois grandes fonctions réalisées : - Organes électriques : - Circuit rotorique, en court-circuit ou bobiné - Circuit statorique bobiné - Plaque à bornes - Organes magnétiques : - Circuit magnétique statorique et rotorique - Organes mécaniques : - Carcasse supportant les flasques - Roulements - Arbre - Ventilateur - Tiges de montage - Fixation du moteur Le principe de fonctionnement du moteur nécessite la création d’un champ tournant en triphasé : Rappels Moteur asynchrone Dossier Ressource Panneau d’affichage publicitaire 2001/2002 Page 4 sur 19 Sur ce schéma, le stator est représenté en gris et le rotor en bleu. Trois bobines identiques placées à 120° sur le stator et alimentées par une tension alternative créent trois champs alternatifs qui, lorsqu’ils sont composés, forment un champ tournant. Ce champs ,tournant peut entraîner en rotation une aiguille aimantée. Le rotor est constitué d’un disque en aluminium ou en cuivre. Le champ tournant, issu des bobines du stator, induit dans le disque des courants. L’interaction de ces courants et du champ magnétique tournant crée un couple moteur qui provoque la rotation du rotor à une vitesse légèrement inférieure à celle du champ tournant : on dit qu’il y a « glissement ». 1 : carcasse à pattes 2 : Stator bobiné 3 : Flasque côté bout d’arbre 4 : Flasque côté ventilateur 5 : Arbre avec rotor 10 : Ventilateur 19 : Plaque à bornes 3. Caractéristiques et relations fondamentales - U : tension entre phases en volts - I : courant absorbé dans une phase du stator en ampères -  : angle de déphasage entre le courant et la tension - Pe : puissance électrique du moteur en watts - P : Puissance nominale du moteur en watts -  : rendement - f : fréquence des grandeurs électriques statoriques en hertz -  : pulsation des grandeurs électriques statoriques en rd/s - p : nombre de paires de pôles du moteur - s : vitesse angulaire de synchronisme en rd/s -  : vitesse angulaire de rotation du moteur en rd/s - N : vitesse de rotation du rotor en tr/min - g : glissement - C : couple mécanique nominal fourni par le moteur en N.m - Cm : couple maximum en N.m - Cd : couple de démarrage en N.m - Id : courant appelé au démarrage en ampères. =2f Pe 3.U.I.cosen triphasé  s  p g  s-  s Rappels Moteur asynchrone Dossier Ressource Panneau d’affichage publicitaire 2001/2002 Page 5 sur 19 On utilisera les notations suivantes : On rappelle les relations suivantes : Puissance électrique absorbée : Pulsation des grandeurs électriques statoriques : Vitesse angulaire de synchronisme : Glissement : N  . 60 2 P = C. P = .Pe P = . 3 .U.I.cos Rappels Moteur asynchrone Dossier Ressource Panneau d’affichage publicitaire 2001/2002 Page 6 sur 19 Vitesse de rotation du rotor : Puissance nominale : Caractéristique de couple : Les rapports donnés par les constructeurs sont en général : 0,6  Cd/C  1,5 2  Cm/C  3 Caractéristiques du courant : Rappels Moteur asynchrone Dossier Ressource Panneau d’affichage publicitaire 2001/2002 Page 7 sur 19 Le fort appel de courant au démarrage nécessite l’utilisation de protections adaptées (fusible de classe aM ou disjoncteur courbe D). Remarque sur le choix d’un moteur asynchrone (Indice de protection, environnement, fixation). Montrer exemple plaque signalétique. 4. Démarrage d’un moteur asynchrone Le moteur asynchrone possède un fort couple de démarrage, mais il a l’inconvénient d’absorber 4 à 8 fois son intensité nominale. Pour réduire cet appel de courant, on dispose de différents procédés de démarrage. Malheureusement ces techniques modifient également le couple de démarrage. 4.1. Rappel sur le couplage des moteurs Le stator des moteurs asynchrones standards possède trois enroulements reliés à une plaque à bornes comportant six bornes repérées U1, V1, W1 et U2, V2, W2. Les enroulements sont branchés de la manière suivante : Deux systèmes de couplage sont alors possibles : Rappels Moteur asynchrone Dossier Ressource Panneau d’affichage publicitaire 2001/2002 Page 8 sur 19 - le couplage en triangle () qui impose aux bornes d’un enroulement la tension composée du réseau : - le couplage en étoile (Y) qui impose aux bornes d’un enroulement la tension simple du réseau : 4.2. Le démarrage direct Le démarrage direct est le procédé de démarrage le plus simple. Les enroulements du stator sont couplés directement sur le réseau ; le moteur démarre et atteint sa vitesse nominale. Le schéma de câblage est le suivant : Rappels Moteur asynchrone Dossier Ressource Panneau d’affichage publicitaire 2001/2002 Page 9 sur 19 Comme vu précédemment, le courant de démarrage peut atteindre 4 à 8 fois le courant nominal. Le couple de démmarrage vaut en moyenne 0,6 à 1,5 fois le couple nominal, mais cela dépend des données constructeurs. 4.3. Le démarrage étoile-triangle Ce procédé ne peut s’appliquer qu’aux moteurs dont toutes les extrémités d’enroulement sont sorties sur la plaque à borne, et dont le couplage triangle correspond à la tension du réseau (soit pour un réseau 230V entre phases moteur 230/400V, et pour un réseau 400V entre phases moteur 400/690V). Le démarrage s’effectue en deux temps. Premièrement, on couple les enroulements en étoile (cela revient à réduire la tension aux bornes des enroulements) et on met sous tension. Ensuite, par l’intermédiaire de contacteurs, on supprime le couplage étoile pour passer à un couplage triangle : le moteur est alimenté à pleine tension. Le schéma de câblage est le suivant : Le courant de démarrage est 3 fois plus faible qu’en démarrage direct, mais le couple de démarrage est trois fois plus faible. Rappels Moteur asynchrone Dossier Ressource Panneau d’affichage publicitaire 2001/2002 Page 10 sur 19 4.4. Le démarrage statorique L’alimentation réduite est obtenue dans un premier temps par la mise en série d’une résistance dans le circuit. Cette résistance est ensuite court-circuitée. L’intensité de démarrage n’est réduite que proportionnellement à la tension appliquée au moteur. Le couple moteur est quant à lui réduit comme le carré de la diminution de la tension. Le schéma de câblage est donné ci-dessous : Rappels Moteur asynchrone Dossier Ressource Panneau d’affichage publicitaire 2001/2002 Page 11 sur 19 4.5. Le démarrage rotorique Ce procédé de démarrage exige l’emploi d’un moteur asynchrone triphasé à rotor bobiné avec sortie de l’enroulement rotorique sur trois bagues. On limite le courant absorbé au stator en augmentant la résistance du circuit du rotor. Des résistances montées en série dans le circuit du rotor sont éliminées au fur et à mesure que le moteur prend de la vitesse. Le courant absorbé est sensiblement proportionnel à l’intensité nominale, et le couple de démarrage est de 2 à 2,5 fois le couple nominal. Le schéma de câblage est le suivant : 4.6. Le démarrage sous tension réduite par auto-transformateur A partir d’une certaine puissance, la réduction de l’intensité de démarrage est obtenue par un auto-transformateur qui adapte la tension d’alimentation du moteur. Le coût du transformateur augmente le prix global de l’installation, ce procédé s’adresse donc aux fortes puissances. L’intensité et le couple de démarrage sont choisis par le rapport de transformation. Rappels Moteur asynchrone Dossier Ressource Panneau d’affichage publicitaire 2001/2002 Page 12 sur 19 4.7. Tableau récapitulatif Les différents procédés vus précédemment sont récapitulés dans le tableau suivant : 5. La variation de vitesse des moteurs asynchrones On rappelle l’expression de la vitesse angulaire de rotation de l’arbre d’un moteur asynchrone :   2 .1-g. f p avec g, le glissement f, la fréquence des grandeurs électriques statoriques en hertz et p le nombre de paires de pôles On peut déduire de cette expression uploads/s3/ cours-moteur-eleve 1 .pdf