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Cours d’électrotechnique PARTIE N°2 : LE MOTEUR MACHINE TOURNANTE A COURANT ALT

Cours d’électrotechnique PARTIE N°2 : LE MOTEUR MACHINE TOURNANTE A COURANT ALTERNATIF LES MACHINES ASYNCHRONES Page n° 2-1 Les machines électriques - les machines asynchrones - le moteur 1. Le principe de fonctionnement.................................................................3 2. Les modifications au sein de la machine lors du démarrage.....................5 2.1. Diagramme vectoriel...............................................................................6 2.2. Conclusion..............................................................................................7 3. Les différentes caractéristiques d’un moteur asynchrone.........................8 3.1. Schéma de câblage..................................................................................8 3.2. Fonctionnement à vide............................................................................8 3.2.1. Is=f(g).....................................................................................................8 3.2.1.1. Mode opératoire......................................................................................8 3.2.1.2. Courbe.....................................................................................................8 3.2.1.3. Explication..............................................................................................9 3.2.2. C=f(g)......................................................................................................9 3.2.2.1. Mode opératoire......................................................................................9 3.2.2.2. Courbe.....................................................................................................9 3.2.2.3. Explication............................................................................................10 3.3. Fonctionnement en charge....................................................................10 3.3.1. cosφ=f(Put).............................................................................................10 3.3.1.1. Mode opératoire....................................................................................10 3.3.1.2. Courbe...................................................................................................10 3.3.1.3. Explication............................................................................................11 3.3.2. η=f(Put)..................................................................................................11 3.3.2.1. Mode opératoire....................................................................................11 3.3.2.2. Courbe...................................................................................................11 3.3.2.3. Explication............................................................................................11 3.3.3. Ist=f(Put).................................................................................................12 3.3.3.1. Mode opératoire....................................................................................12 3.3.3.2. Courbe...................................................................................................12 3.3.3.3. Explication............................................................................................12 3.3.4. g=f(Put)..................................................................................................13 3.3.4.1. Mode opératoire....................................................................................13 3.3.4.2. Courbe...................................................................................................13 3.3.4.3. Explication............................................................................................13 3.3.5. C=f(Put)..................................................................................................14 3.3.5.1. Mode opératoire....................................................................................14 3.3.5.2. Courbe...................................................................................................14 3.3.5.3. Explication............................................................................................14 4. Bilan énergétique....................................................................................15 5. Les formules liées au moteur asynchrone...............................................15 6. Le diagramme du cercle (avec les hypothèses)..........................................18 7. Les différents mode de démarrage d’un moteur asynchrone..................19 7.1. Par action sur le stator...........................................................................19 7.1.1. Placement de résistance statorique........................................................19 7.1.2. Sous tension d’alimentation réduite......................................................20 7.1.3. Placement d’un rhéotor au stator..........................................................20 7.1.4. Démarrage étoile triangle......................................................................21 7.2. Par action sur le rotor............................................................................22 8. Calcul d’un rhéostat de démarrage.........................................................24 Cours d’électrotechnique TABLE DES MATIERES Page n° 2- 2 Les machines électriques - les machines asynchrones - le moteur 9. Les moteurs spéciaux.............................................................................26 9.1. Moteur à double cage............................................................................26 9.2. Moteur à plusieurs vitesses...................................................................26 9.3. Moteur à fréquence de rotation réglable ou encore appelé cascade hyposynchrone 26 9.4. Moteur avec variateur de fréquence......................................................27 9.5. Moteur à enroulements séparés.............................................................27 9.6. Moteur Dalhander.................................................................................27 10. Freinage des moteurs asynchrones.........................................................28 10.1. Freinage à contre courant......................................................................28 10.2. Freinage par injection de courant continu.............................................28 10.3. Freinage par fonctionnement en hypersynchrone.................................28 10.4. Fonctionnement en génératrice asynchrone..........................................28 11. Exercices................................................................................................29 Cours d’électrotechnique Page n° 2- 3 Les machines électriques - les machines asynchrones - le moteur 1. 2. Le principe de fonctionnement Si nous cumulons toutes les informations que nous venons de développer, nous pouvons écrire Ce résumé nous montre les tenants et les aboutissants des différents phénomènes que l’on retrouve au sein de notre machine, mais ne nous prouve pas que le rotor va ce mettre en mouvement. Voyons réellement ce qui se passe au sein de la machine et analysons l’évolution par la suite afin de voir les modifications. Nous avons jusqu'à présent pris comme hypothèse que la résistance au sein du rotor était négligeable, si nous voulons être complet nous ne pouvons prendre cette hypothèse ce qui veut dire que le courant rotorique n’est plus en quadrature arrière sur la FEM rotorique. Voyons comment ce comporte dés lors notre machine. Connaissant la circulation des courants au sein des conducteurs, nous pouvons déduire la polarisation fictive du rotor. Cours d’électrotechnique Page n° 2- 4 Les machines électriques - les machines asynchrones - le moteur Au vu du schéma ci-dessus, on peut déduire le champs tournant rotorique résultant et découvrir que ce dernier n’est plus en opposition parfaite avec le champ tournant statorique.  Nous pouvons voir clairement en décomposant le CTR résultant que nous avons une composante en phase avec le CTS, cette dernière engendre la FCEM au stator. L’autre composante en quadrature va participer à la création du couple moteur qui va mettre le rotor en rotation. J’attire encore votre attention sur le fait que les deux composantes du CTR résultant ne seront jamais nulle. Nous pouvons encore remarquer que le pole sud du CTS est un rien en avance sur le nord du CTRrésultant et que le pole nord du CTS et également en avance sur le sud du CTRrésultant. Nous pouvons donc clairement comprendre que le CTR court derrière le CTS, à la même vitesse mais avec un certain retard qui sera le siège de la naissance du couple. On peut encore expliquer la mise en rotation en partant sur le principe que le CTRrésultant va vouloir rattraper le sud du CTS et que la seule façon pour lui d’y parvenir c’est que le rotor se mette en mouvement pour combler cette distance. Cours d’électrotechnique Page n° 2- 5 Les machines électriques - les machines asynchrones - le moteur 3. Les modifications au sein de la machine lors du démarrage Nous venons de découvrir ce qui se passe dans la machine à l’arrêt. Voyons ce qui se passe lors de la mise en mouvement. Si le rotor se met en rotation , une série de modifications vont apparaître dans la machine. Voyons tout d’abord ce qui se passe au sein du rotor. Si le rotor se met en rotation, les conducteurs du rotor vont voir moins de variation de flux. En effet, si nous nous plaçons à ce moment sur le rotor, la vitesse du champ tournant statorique ne sera plus la vitesse du synchronisme mais bien une vitesse inférieure qui sera la différence entre la vitesse du synchronisme et la vitesse du rotor. On peut voir directement l’influence sur la fréquence de la FEM rotorique qui va diminuer. Si la fréquence diminue, cela veut dire que la réactance du rotor va elle aussi diminuer. J’en déduit encore que le déphasage entre le courant rotorique et la FEM rotorique va diminuer. On peut déduire que le champ tournant rotorique va lui prendre un retard plus important sur le champ tournant statorique. J’attire l’attention sur le fait que les deux champs tournants tournent toujours vu du stator à la même vitesse. Les graphes ci-dessous illustrent l’évolution du champ tournant rotorique et l’évolution du champ tournant résultant. Une remarque sur les dessins ci-dessus, les deux graphes non pas été réalisés à la même échelle, pour le second graphe nous avons amplifié les vecteurs. Nous pouvons toutefois dire que les deux courants sont liés par un rapport de transformation fixe. Je peux déduire sur ces graphes que les composantes du champ tournant résultant vont augmenter. Si ces composantes augmentent, cela sous entend que la FCEM au stator va augmenter mais que le couple va aussi augmenter. Si la FCEM au stator augmente, cela veut encore dire que le courant statorique va diminuer. La diminution de ce dernier va bien entendu se répercuter sur tous les autres éléments de l’équation Il est évident que tous ces phénomènes vont se produire en même temps et que la machine va rétablir en permanence un équilibre. Il faut être bien conscient qu’énormément de choses évoluent au sein de la machine, les amplitudes, les déphasages et que multitudes de phénomènes non décrit dans ce cours doivent encore être tenu en compte. Cours d’électrotechnique Page n° 2- 6 Les machines électriques - les machines asynchrones - le moteur Je peux toutefois déduire les renseignements suivants :  Le couple au démarrage n’est pas nul et est non négligeable de part la valeur de l’impédance rotorique.  Le couple augmente lorsque le rotor démarre (diminution de la fréquence au rotor, diminution de la réactance rotorique, changement de la phase et du module du courant rotorique)  Le couple passera par une valeur maximum pour redescendre à l’approche de la vitesse nominale.  La FCEM statorique augmentera durant tout le démarrage du moteur (changement de module et de la phase)  Le courant statorique va diminuer durant tout le démarrage (changement de module et de phase) 3.1. Diagramme vectoriel Cours d’électrotechnique Page n° 2- 7 Les machines électriques - les machines asynchrones - le moteur 3.2. Conclusion Soit une tension triphasée alternative sinusoïdale appliquée aux bornes du stator du moteur, en relation à la loi d’ohm et en relation avec la résistance et la réactance des bobinages nous avons circulation d’un courant statorique dans chaque bobine. Ce courant génère donc un flux au sein de chaque bobine. Ce flux entraînera au droit des bobines une FEM d’auto induction. La combinaison de ces flux va former une polarisation fictive du stator tournant autour du stator, nous l’appellerons le champ tournant statorique. Les conducteurs rotoriques vont être soumis à une variation de flux et induire une FEM rotorique. Vu le court circuit du rotor, notre FEM rotorique va pousser un courant rotorique dans les conducteurs du rotor. Ces courants vont donc créer au droit des conducteurs des flux rotorique. La combinaison de ces flux va aussi créer un champ tournant rotorique. La combinaison des champs tournants rotorique et statorique va nous donner un champ tournant résultant. Ce dernier peut être décomposé en deux vecteurs dont l’un ira induire une FCEM au stator et le second participera à la formation du couple. Le couple ainsi créé mettra notre rotor en rotation. Cours d’électrotechnique Page n° 2- 8 Les machines électriques - les machines asynchrones - le moteur 4. Les différentes caractéristiques d’un moteur asynchrone 4.1. Schéma de câblage 4.2. Fonctionnement à vide 4.2.1. Is=f(g) 4.2.1.1. Mode opératoire  Câblage du moteur et positionnement des ampèremètres  Afin de relever les valeurs automatiquement durant le démarrage et ce à intervalle régulier, régler l’enregistreur pour les prises de mesures. Il sera relevé la vitesse dont sera déduit le glissement et le courant statorique. 4.2.1.2. Courbe Essai à vide 0 1 2 3 4 5 6 uploads/Industriel/ machine-ac-asynch-mot.pdf