1 PRÉSENTATION

Le Moteur ASynchrone (MAS) est l'un des principaux actionneurs électriques utilisés dans l'industrie.D'une puissance allant de moins d'un kiloWatt, à plusieurs dizaines de MW, les MAS équipent lamajorité des équipements suivants : machines-outils, monte-charges, tapis-roulants, compresseurs deréfrigirateurs et congélateurs, machines à laver...Le moteur asynchrone est utilisé quand on dispose d'une source d'alimentation alternative (réseau EDFtriphasé ou monophasé). Il est robuste et d'un entretien limité (pas de contact glissants). Ce qui réduitl'usure et permet un fonctionnement sûr (sans étincelle).

Exemple d'un moteur asynchrone triphasé :- Puissance utile : 7,6 kW- Poids : 67 kg- Longueur : 64 cm- Diamètre : 31 cm

2 IDENTIFICATION DE LA FONCTION TECHNIQUE RÉALISÉE

Les MAS réalisent la fonction CONVERTIR de la chaîne d'énergie :

La puissance absorbée est de type électrique :

La puissance utilisable est de type mécanique (rotation) caractérisée par :

3 SYMBOLE

4 RAPPELS SUR LE RÉSEAU TRIPHASÉ

Le réseau triphasé est constitué de 3 phases, d'un neutre et d'une terre. La tension entre une des phaseset le neutre est appelée tension simple (230V efficace) alors que la tension entre deux phases estappelée tension composée (400V). Les 3 tensions sinusoïdales de fréquence 50 Hz sont déphasées de 120° (2π/3) les unes par rapport aux autres.

La relation entre valeur maximale Um (amplitude) La relation entre la tension simple Usim et la valeur efficace Ueff est : et la tension composée Ucomp est :

ALIMENTER DISTRIBUER CONVERTIR TRANSMETTRE

Chaîne d'énergie

ACTION

Chaîne d'information

ACQUERIR TRAITER COMMUNIQUER

Energied'entrée

Ordres

Puissanceélectrique

Puissancemécanique

Consignes

physiques àGrandeurs

acquérir

COURS : STRUCTURE ET FONCTIONNEMENT D'UN MOTEUR ASYNCHRONE ETC 3.2.1

ETC 3.2.1 TRANSFORMATEURS ET MODULATEURS D'ÉNERGIE ASSOCIÉS page 1 / 6

M3

5 FONCTIONNEMENT D'UN MOTEUR ASYNCHRONE

5.1 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

Trois bobines identiques sont disposés aux trois sommets d'un triangle équilatéral (stator). Une massemétallique (le rotor) est placée au centre des 3 bobines. Ces trois bobines forment une paire de pôles.Lorsque les 3 bobines sont parcourues par des courants altenatifs de fréquence f (50 Hz) décalésélectriquement, le stator produit un champ magnétique tournant à la fréquence de synchronisme Ns.Le rotor subit l’influence du champ tournant. Ce champ tournant induit dans le métal du rotor uncourant électrique de très forte intensité. Le courant électrique induit un champ magnétique opposé auchamp tournant. Le rotor devenu magnétique va suivre le champ tournant mais il va tourner à une fréquence légèrementinférieure à la fréquence de synchronisme d'où le nom de moteur asynchrone. Cette différence defréquence s'appelle le glissement.Le rotor ne peut pas tourner à la même vitesse que le champ magnétique, sinon la cage ne serait plusbalayée par le champ tournant et il y aurait disparition des courants induits et donc des forces deLaplace et du couple moteur.

L'inversion du sens de rotation du rotor s'obtient en inversant le sens du champ tournant :

5.2 DÉFINITIONS / RELATIONS

5.2.1 FRÉQUENCE DE ROTATION, VITESSE ANGULAIRE

La fréquence de rotation N de l'arbre moteur est liée à la vitesse angulaire ω :

Avec :- N : fréquence de rotation en tr/min- ω : vitesse angulaire en rad/s

5.2.2 FRÉQUENCE DE SYNCHRONISIME Ns (ROTATION DU CHAMP TOURNANT)

C'est la fréquence de rotation du champ tournant qui entraîne le rotor :

Avec :Ns : fréquence de synchronisme en tr/minf : fréquence du réseau d'alimentation en Hzp : nombre de paires de pôles par phase

Donc, pour un moteur asynchrone la fréquence de rotation dépend de :

5.2.3 GLISSEMENT g

Le glissement exprime la différence entre la fréquence de synchronisme et la fréquence réelle du rotor

Avec :g : glissementNs : fréquence de synchronisme en tr/minN : fréquence de rotation du rotor en tr/min

5.3 BILAN DES PUISSANCES / RENDEMENT

5.3.1 PUISSANCE UTILE Pu

C'est la puissance mécanique produite par le moteur pour entraîner la charge :

Avec :Pu : puissance utile en WCu : couple utile en N.mω : vitesse angulaire en rd/s

COURS : STRUCTURE ET FONCTIONNEMENT D'UN MOTEUR ASYNCHRONE ETC 3.2.1

ETC 3.2.1 TRANSFORMATEURS ET MODULATEURS D'ÉNERGIE ASSOCIÉS page 2 / 6

5.3.2 PUISSANCE ABSBORBÉE PAR LE MOTEUR Pa

Avec :Pa : puissance absorbée en WU : tension entre phases en V I : intensité par phase en Aϕ : déphasage entre courant et tension

5.3.3 RENDEMENT η

5.4 COURBES CARACTÉRISTIQUES

5.4.1 COUPLE UTILE EN FONCTION DE LA FRÉQUENCE DE ROTATION

5.4.2 INTERPRÉTATION

6 MOTEURS ASYNCHRONES MONOPHASÉS

Ces moteurs sont utilisés dans des applications domestisques (moteurs de machines à laver,ouvre-portail...).

6.1 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

Un enroulement alimenté par un courant sinusoïdal (système monophasé) produit un champ magnétiqueéquivalent à deux champs tournant en sens inverse :

Cette propriété est utilisée dans les moteurs asynchrones monophasés. Cependant, si aucun dispositifsuplémentaire n'est mis en oeuvre, le moteur asynchrone monophasé ne démarrera pas.

Ce moteur dispose d'un système de démarrage fournissant le couple de démarrage et déterminant le sensde rotation. Il est pourvu d'un enroulement auxiliaire mis en série avec un condensateur. Cetenroulement est donc parcouru par un courant déphasé par rapport à celui qui parcourt l'enroulementprincipal. il suffit d'inverser l'enroulement auxiliaire pour que le moteur tourne dans l'autre sens.

0

Couple(Nm)

N (tr/min)

Cm : couple maximal

Cd : couple de démarrage

Cn : couple nominal

Nn : fréquence de rotation nominale

Ns : fréquence de synchronisme

Ng : fréquence de rotation vitesse nominale en génératrice

Identification des points caractéristiques du fonctionnement :

COURS : STRUCTURE ET FONCTIONNEMENT D'UN MOTEUR ASYNCHRONE ETC 3.2.1

ETC 3.2.1 TRANSFORMATEURS ET MODULATEURS D'ÉNERGIE ASSOCIÉS page 3 / 6

7 APPLICATIONS

7.1 IDENTIFICATION DES CARACTÉRISTIQUES TECHNIQUES D'UN MOTEURASYNCHRONE À PARTIR DE SA PLAQUE SIGNALÉTIQUE

7.2

7.2.1 IDENTIFICATION DES CARACTÉRISTIQUES PRINCIPALES

? Relever les informations portées sur la plaque signalétique :

Puissance utile, Pu =

Fréquence de rotation, N =

rendement, η =

coéfficient de déphasage, cos ϕ =

7.2.2 CALCUL DU GLISSEMENT

Le moteur est équipé de 2 paires de pôles.

? Relever la fréquence de fonctionnement du réseau d'alimentation f :

? Calculer la fréquence de synchronisme Ns :

? Calculer la valeur du glissement g :

7.2.3 CALCUL DE LA PUISSANCE D'ENTRÉE

? Calculer de deux façons différentes, la puissance Pa absorbée par le moteur :

7.3 CALCUL DE FRÉQUENCE DE ROTATION D'UN MOTEUR

Un moteur asynchrone possédant deux pôles est alimenté en courant alternatif 50 Hz

? Calculer la fréquence de synchronisme Ns :

? Calculer sa fréquence de rotation N si le glissement est de 5% :

COURS : STRUCTURE ET FONCTIONNEMENT D'UN MOTEUR ASYNCHRONE ETC 3.2.1

ETC 3.2.1 TRANSFORMATEURS ET MODULATEURS D'ÉNERGIE ASSOCIÉS page 4 / 6

8 COMMANDE DE DÉMARRAGE D'UN MOTEUR ASYNCHRONETRIPHASÉ

8.1 DESCRIPTION DES FONCTIONS

La commande de démarrage direct du moteur asynchrone nécessite la présence des fonctions :- SECTIONNEMENT : en tête du circuit, il est nécessaire de pouvoir ouvrir ou fermer les trois

contacts qui assurent la distribution du courant sur les trois phases du circuit.- COMMUTATION : le courant doit être distribué vers les trois phases du moteur à partir d'une

commande manuelle à distance (depuis le circuit de commande) . En outre, on doit pouvoirassurer une distribution directe (ordre des phases 1-2-3) ou inverse (ordre des phases 3-2-1)selon le sens de rotation choisi.

- PROTECTION CONTRE LES SURCHARGES : le circuit d'alimentation et le moteur doiventêtre protégés contre les surcharges pouvant intervenir sur l'arbre moteur.

- PROTECTION CONTRE LES COURTS-CIRCUITS : le circuit d'alimentation et le moteurdoivent être protégés contre les éventuels courts-circuits pouvant survenir.

Ces éléments sont présents dans le circuit électrique de puissance.

8.2 IDENTIFICATION ET SYMBOLISATION DES CONSTITUANTS DU CIRCUITDE PUISSANCE

8.3 IDENTIFICATION ET SYMBOLISATION DES CONSTITUANTS DU CIRCUITDE COMMANDE

8.4 DESCRIPTION DU FONCTIONNEMENT DU MONTAGE - ÉQUATIONS DECOMMANDE DE MARCHE DU MOTEUR (KM1 ET KM2)

COURS : STRUCTURE ET FONCTIONNEMENT D'UN MOTEUR ASYNCHRONE ETC 3.2.1

ETC 3.2.1 TRANSFORMATEURS ET MODULATEURS D'ÉNERGIE ASSOCIÉS page 5 / 6

Constituant Symbole Description

Protège les personnes contre les contatcs indirects.

Isole en toute sécurité le montage comme par exemple lors d'unchangement du moteur. Il intègre des fusibles qui provoquent lacoupure immédiate du circuit dans le cas d'un court-circuit. Cetélément ne dispose pas de pouvoir de coupure en charge.

Commute et coupe des courants de forte valeur.

Détecte des surintensités de faible niveau qui peuvent, à long terme,provoquer des déteriorations dans les équipements. Cependant cetélément ne dispose d'aucun pouvoir de coupure.

Empêche la fermeture simultanée des pôles principaux descontacteurs KM1 et KM2.

Constituant Symbole Description

Abaisse la tension utilisée pour que celle-ci soit conforme au niveaude sécurité défini par la norme et réalise l'isolation électrique entre lescircuits de puissance et de commande

Permet à l'utilisateur de pouvoir entrer les informations de type"arrêt" ou "marche"

Ce contact est commandé par le relais thermique. Il coupel'alimentation des bobines de contacteur lorsque le relais thermique adétecté un défaut.

Les contacts auxiliaires permettent de couper le circuit de commandedes contacteurs avant l'ouverture des pôles du sectionneur ce quiévite la coupure en charge. De même à la mise sous tension, le circuitde commande n'est fermé qu'après la fermeture des pôles du

Permet la commande à distance des pôles principaux (contacteurs depuissance) KM1 et KM2.

9 CIRCUITS ÉLECTRIQUES DE PUISSANCE ET DE COMMANDE

COURS : STRUCTURE ET FONCTIONNEMENT D'UN MOTEUR ASYNCHRONE ETC 3.2.1

ETC 3.2.1 TRANSFORMATEURS ET MODULATEURS D'ÉNERGIE ASSOCIÉS page 6 / 6