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DU PROGRAMME CONTENU OBJECTIFS DU PROGRAMME Moteurs Asynchrones Triphasés MOTEU

DU PROGRAMME CONTENU OBJECTIFS DU PROGRAMME Moteurs Asynchrones Triphasés MOTEURS Asynchrones TRIPHASÉS I- Présentation 1- Constitution 2- Principe de fonctionnement 3- Couplage des enroulements 4- Inversion du sens de rotation II- Bilan énergétique et rendement III- Caractéristiques Tu(n) et I(n) IV- Point de fonctionnement V- Commande et protection 1- Démarrage direct a. Un seul sens de rotation # # Circuit de puissance # # Circuit de commande b. Deux sens de rotation # # Circuit de puissance # # Circuit de commande 2- Démarrage étoile-triangle dans un seul sens de rota- tion. ) ) OS B31 – Identifier un moteur asynchrone triphasé à rotor à cage dans un système technique. ) ) OS B32 – Etablir le bilan énergétique d’un moteur asynchrone triphasé à rotor à cage. ) ) OS B33 – Choisir un moteur asynchrone triphasé répondant aux exigences d’un cahier des charges. ) ) OS B34 – Choisir les éléments de la chaîne de commande et de protection d’un moteur asynchrone triphasé. ) ) OS B35 – Représenter le schéma de la chaîne de commande et de protection d’un moteur asynchrone triphasé à rotor à cage. ) ) OS B35 – Mettre en œuvre un moteur asynchrone triphasé à rotor à cage. 243 Moteurs Asynchrones Triphasés moteurs asynchrones triphasés A. Mise en situation Les photos ci-dessous représentent deux systèmes techniques : La photo 1 représente une meuleuse portative et légère, permettant de tronçonner et de polir des carreaux en marbre. L'élément essentiel équipant cette dernière n'est autre qu'un moteur électrique. La photo 2 représente une machine de découpe de blocs de marbre, elle aussi est constituée essentiellement d'un moteur électrique pour entrainer le disque en rotation. Le moteur électrique équipant la meuleuse est alimenté par un réseau alternatif monophasé. Il est appelé moteur asynchrone monophasé. Le moteur électrique équipant la machine de découpe de blocs de marbre est beaucoup plus puissant que celui de la meuleuse. Il est alimenté par un réseau alternatif triphasé et appelé moteur asynchrone triphasé. Les moteurs asynchrones triphasés cumulent de multiples avantages : ils sont simples, robustes et faciles d'entretien. Toutes ces raisons légitiment leur popularité en milieu industriel. On les retrouve dans des amples applications, par exemple dans : # # les pompes; # # les convoyeurs; # # les élévateurs; # # les palans; # # les machines outils; # # etc... 244 Moteurs Asynchrones Triphasés Leur puissance varie d'une fraction de KW à plusieurs centaines de KW. à puissance égale, le moteur asynchrone triphasé est moins volumineux que son homologue monophasé. Par ailleurs son rendement et son facteur de puissance sont aussi meilleurs. On distingue deux types de moteurs asynchrones triphasés : # # le moteur asynchrone triphasé à rotor en court-circuit ou à cage d’écureuil utilisé pour les machines industrielles de faible puissance ; # # le moteur asynchrone triphasé à rotor bobiné ou à bagues utilisé pour les machines industrielles de forte puissance. Dans la suite de ce chapitre, on s’intéressera à l’étude des moteurs asynchrones triphasés à rotor en court-circuit. B. Moteurs asynchrones triphasés I- Aperçu historique La paternité de la machine asynchrone est controversée. Elle pourrait être attribuée à trois inventeurs : # # en 1887, Nikola Tesla dépose un brevet sur la ma- chine asynchrone, puis en mois de mai de l'année sui- vante cinq autres brevets. Son nom a été donné au tes- la (symbole : T) qui est l’unité d’induction magnétique du système international d'unités. # # en 1885, Galileo Ferraris publie ses travaux sur les machines tournantes, avec une expérimentation puis une théorie sur le moteur asynchrone en 1888. # # en 1889, Mikhaïl Dolivo-Dobrovolski, électricien allemand d'origine russe, invente le premier moteur asynchrone à courant triphasé à cage d'écureuil qui sera construit industriellement à partir de 1891. P roblématique: # # Comment un moteur asynchrone triphasé transforme-t-il l’énergie électrique en énergie mécanique de rotation? # # Quelles sont les puissances mises en jeu dans un moteur asynchrone triphasé en fonctionnement ? # # Comment brancher un tel moteur au réseau triphasé ? comment inverser son sens de rotation? et comment le démarrer en toute sécurité? # # Comment déterminer le point de fonctionnement d'un tel moteur ? # # Comment choisir le moteur adéquat pour une application donnée? 245 Moteurs Asynchrones Triphasés II- Présentation 1- Constitution Le moteur asynchrone triphasé est principalement constitué de deux parties : # # une partie fixe appelée stator ; # # une partie mobile appelée rotor. a. Le stator Le stator est un électro aimant constitué d’un circuit magnétique en tôles feuilletées. Les tôles sont munies d’encoches dans lesquelles prennent place les enroulements statoriques destinés à produire le champ tournant (trois enroulements dans le cas d’un moteur triphasé). roulement roulement ﬂasque palier rotor stator ventilateur capot de ventilation ﬂasque palier boîte de raccordement enroulement statorique VUE ÉCLATÉE D’UN MOTEUR ASYNCHRONE TRIPHASÉ Fig.3 246 Moteurs Asynchrones Triphasés Chaque enroulement est constitué de plusieurs bobines. Le mode de couplage de ces bobines entre elles définit le nombre de paires de pôles du moteur, donc la vitesse de rotation. b. Rotor C’est l’élément mobile du moteur. Comme le circuit magnétique du stator, il est constitué d’un empilage de tôles minces, isolées entre elles, et formant un cylindre claveté sur l’arbre du moteur. Cet élément, de part sa technologie, permet de distinguer deux familles de moteurs asynchrones : ceux dont le rotor est en court-circuit, dits à "cage" et ceux dont le rotor est bobiné, dits "à bagues". Rotor à cage d'écureuil Le rotor est un cylindre en fer comportant sur sa périphérie des conducteurs en aluminium, moulés sous pression dans des canaux et reliés entre eux par des anneaux moulés aussi aux deux extrémités du rotor. Cet ensemble conducteur en aluminium est appelé cage d'écureuil. Il n'y a aucun contact électrique entre le rotor et l'extérieur. Fig.5 Fig.6 balais bagues Rotor à cage ou en court-circuit Rotor bobiné ou à bagues Barre de cuivre ou d’aluminium Anneau de court-circuit Rotor en court-circuit (à cage d’écureuil) Fig. 7 247 Moteurs Asynchrones Triphasés 2- Principe de fonctionnement a. Champ magnétique tournant Faisant tourner un aimant en forme de "U" autour d’un axe vertical par un procédé mécanique simple. On constate que le disque métallique placé en dessous de l’aimant tourne dans le même sens à une vitesse légèrement inférieure à celle de l’aimant. La rotation de l’aimant a provoqué la création d’un champ magnétique tournant. b. Principe de fonctionnement du moteur asynchrone Remplaçons l’aimant par trois bobines identiques placées à 120° géométrique l’une par rapport à l’autre et branchons les au réseau triphasé. On constate que le disque métallique placé au centre O de ces trois bobines commence à tourner spontanément. Cette rotation est due à un champ magnétique tournant crée par ces trois bobines lorsqu'elles sont alimentées (fig. 9). Si on remplace le disque par une aiguille aimantée, on constate que l'aiguille tourne un peu plus vite que le disque. On dit que la rotation du disque est asynchrone. D'où le nom moteur asynchrone triphasé. S N S Fig. 8 D i s q u e m é t a l l i q u e L2 L1 L3 o Fig. 9 248 Moteurs Asynchrones Triphasés 3- Définition Un moteur électrique est un système électromagnétique permettant de convertir l'énergie électrique en énergie mécanique de rotation. 4- Vitesse du champ tournant La vitesse de rotation du champ tournant crée par les trois bobines est désignée par n et exprimée en tours par seconde. Si on branche ces trois bobines sur un réseau triphasé de fréquence 50Hz: # # La vitesse du champ tournant est de 50 tours par seconde dans le cas où le stator est composée de trois bobines décalées de 120° entres elles (fig.11); # # Alors que si les trois bobines sont divisées en deux demi-bobines et si elles sont placées l'une en face de l'autre (fig12), le champ magnétique effectue alors 25 tours par seconde soit (f/2); # # Si on divise encore chaque bobine en trois parties égales la vitesse devient (50/3 tours par seconde soit (f/3)). a. Constatations # # La figure 11 représente le schéma d'un moteur bipolaire :son stator produit deux pôles quand les trois bobines sont alimentées; # # La figure 12 représente le schéma d'un moteur tétrapolaire :son stator produit quatre pôles quand les trois bobines sont alimentées (chaque bobine est compo- sées de deux demi-bobines). Énergie électrique Énergie mécanique Fig. 10 Fig. 11 Fig. 12 moteur bipolaire moteur tétrapolaire 249 Moteurs Asynchrones Triphasés b. Généralisation # # La vitesse de synchronisme des moteurs asynchrones triphasés est proportion- nelle à la fréquence du courant d’alimentation et inversement proportionnelle au nombre de paires de pôles constituant le stator. La vitesse angulaire du champ tournant est désignée par ΩS (pulsation angulaire de synchronisme ou vitesse angulaire de synchronisme). Son expression est : La vitesse de rotation du rotor est désignée par n. Elle est légèrement inférieure à ns (n < nS). # # La vitesse angulaire du rotor est: Ω avec (Ω uploads/Industriel/ moteurs-asynchrones-triphases-presentation.pdf