Le moteur asynchrone

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Le moteur asynchrone Électricité 2 — Électrotechnique Christophe Palermo IUT de Montpellier Département Mesures Physiques & Institut d’Electronique du Sud Université Montpellier 2 Web : http://palermo.wordpress.com e-mail : [email protected] Année Universitaire 2010–2011 MONTPELLIER

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Page 1: Le moteur asynchrone

Le moteur asynchroneÉlectricité 2 — Électrotechnique

Christophe Palermo

IUT de MontpellierDépartement Mesures Physiques

&Institut d’Electronique du Sud

Université Montpellier 2Web : http://palermo.wordpress.com

e-mail : [email protected]

Année Universitaire 2010–2011

MONTPELLIER

Page 2: Le moteur asynchrone

Plan

1 PrésentationDéfinition et intérêtsPrincipe de fonctionnement

2 Technologie du moteur asynchroneLes circuits électriques

3 Fonctionnement du moteur asynchroneGlissementFonctionnement à videFonctionnement en chargeBilan des puissances

IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le moteur asynchrone 2010–2011 2 / 22

Page 3: Le moteur asynchrone

Présentation

Plan

1 PrésentationDéfinition et intérêtsPrincipe de fonctionnement

2 Technologie du moteur asynchroneLes circuits électriques

3 Fonctionnement du moteur asynchroneGlissementFonctionnement à videFonctionnement en chargeBilan des puissances

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Page 4: Le moteur asynchrone

Présentation Définition et intérêts

Le moteur asynchrone

DéfinitionLe moteur asynchrone est une machine tournante fonctionnant avec ducourant alternatif et ayant un induit en court-circuit.

Avantages :Facile à fabriquerPas de collecteur

moins d’entretien et d’usureRobuste

Inconvénient : difficile à commander en forte puissance

Réversibilité : Machine asynchroneMoteur asynchrone ←→ Génératrice hypersynchrone

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Page 5: Le moteur asynchrone

Présentation Définition et intérêts

Où trouve-t-on ces machines ?

Moteur asynchrone triphasé : forte puissanceTrans-Manche Super Train (TGV Eurostar)Propulsion de navires

Moteur asynchrone monophasé : faible puissanceUtilisation domestique : climatisations, réfrigérateurs, ventilateurs,lave-linge, etc.

Génératrice hypersynchrone : production d’énergieÉoliennes modernesFreinage par récupération

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Page 6: Le moteur asynchrone

Présentation Principe de fonctionnement

Principe de fonctionnement

Alternateur synchrone :3 bobines décalées de 120˚+ champ tournant = système triphasé

Moteur asynchrone : c’est l’inverse !3 bobines décalées de 120˚+ système triphasé = champ tournant

Voir animation du champ tournant

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Page 7: Le moteur asynchrone

Présentation Principe de fonctionnement

Schéma de principe

Dans le champ tournant : on place un conducteur court-circuité

B

rotor métallique conducteur

enroulementsdu stator

champ tournant

dφ/dt 6= 0 =⇒ f.é.m + courant I (Faraday)Présence de B et de I =⇒ Mouvement (Laplace)Le conducteur poursuit le champ mais tourne moins vite (asynchrone)

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Page 8: Le moteur asynchrone

Technologie du moteur asynchrone

Plan

1 PrésentationDéfinition et intérêtsPrincipe de fonctionnement

2 Technologie du moteur asynchroneLes circuits électriques

3 Fonctionnement du moteur asynchroneGlissementFonctionnement à videFonctionnement en chargeBilan des puissances

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Page 9: Le moteur asynchrone

Technologie du moteur asynchrone Les circuits électriques

Le stator est l’inducteur

Élément mécanique statique = élément électrique inducteur

Stator relié au réseau triphasé

Bobinages :Décalés de 2π/3 dans l’espaceAlimenté par des courants triphasés

Création du champ tourant

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Page 10: Le moteur asynchrone

Technologie du moteur asynchrone Les circuits électriques

Vitesse du champ tournant

Vitesse de synchronisme ns ou Ωs

Dépend de la fréquence du réseau f ou ωDépend du nombre de paires de pôles p (comme dans l’alternateur)

ns =Ωs2π =

fp

Attention aux unités :S.I. : tr/s ou rad/sUsuellement : tr/min ou rad/min

Vitesse de synchronisme sur le réseau EDF : réseau 50 Hzp = 1 =⇒ ns = 50 tr/s = 3000 tr/minp = 2 =⇒ ns = 25 tr/s = 1500 tr/min

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Page 11: Le moteur asynchrone

Technologie du moteur asynchrone Les circuits électriques

Le rotor est l’induit

Il n’est pas relié au réseau, ni à aucune alimentation électrique

Conducteurs en court-circuitMoteur au démarrage : le rotor est immobile, le champ tourne

Flux magnétique variableFaraday : induction d’une f.é.m et donc de courants rotoriquesForce de Laplace : les courants rotoriques et le flux magnétiqueinteragissentLe rotor tourne (il est libre de le faire) =⇒ déploiement d’un couple

Le rotor en mouvement : glissementMoteur : le rotor poursuit le champ magnétique mais ne le rattrapejamais =⇒ vitesse n < nsGénératrice : le rotor tourne plus vite que le champ =⇒ n > ns

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Page 12: Le moteur asynchrone

Technologie du moteur asynchrone Les circuits électriques

Le rotor est l’induit

Il n’est pas relié au réseau, ni à aucune alimentation électriqueConducteurs en court-circuit

Moteur au démarrage : le rotor est immobile, le champ tourneFlux magnétique variableFaraday : induction d’une f.é.m et donc de courants rotoriquesForce de Laplace : les courants rotoriques et le flux magnétiqueinteragissentLe rotor tourne (il est libre de le faire) =⇒ déploiement d’un couple

Le rotor en mouvement : glissementMoteur : le rotor poursuit le champ magnétique mais ne le rattrapejamais =⇒ vitesse n < nsGénératrice : le rotor tourne plus vite que le champ =⇒ n > ns

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Page 13: Le moteur asynchrone

Technologie du moteur asynchrone Les circuits électriques

Le rotor est l’induit

Il n’est pas relié au réseau, ni à aucune alimentation électriqueConducteurs en court-circuitMoteur au démarrage : le rotor est immobile, le champ tourne

Flux magnétique variableFaraday : induction d’une f.é.m et donc de courants rotoriquesForce de Laplace : les courants rotoriques et le flux magnétiqueinteragissentLe rotor tourne (il est libre de le faire) =⇒ déploiement d’un couple

Le rotor en mouvement : glissementMoteur : le rotor poursuit le champ magnétique mais ne le rattrapejamais =⇒ vitesse n < nsGénératrice : le rotor tourne plus vite que le champ =⇒ n > ns

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Page 14: Le moteur asynchrone

Technologie du moteur asynchrone Les circuits électriques

Le rotor est l’induit

Il n’est pas relié au réseau, ni à aucune alimentation électriqueConducteurs en court-circuitMoteur au démarrage : le rotor est immobile, le champ tourne

Flux magnétique variableFaraday : induction d’une f.é.m et donc de courants rotoriquesForce de Laplace : les courants rotoriques et le flux magnétiqueinteragissentLe rotor tourne (il est libre de le faire) =⇒ déploiement d’un couple

Le rotor en mouvement : glissementMoteur : le rotor poursuit le champ magnétique mais ne le rattrapejamais =⇒ vitesse n < nsGénératrice : le rotor tourne plus vite que le champ =⇒ n > ns

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Page 15: Le moteur asynchrone

Technologie du moteur asynchrone Les circuits électriques

Le rotor

Il n’est pas relié au réseauConducteurs en court-circuitRotor bobiné :

Contrôle des caractéristiquesd’induitBagues et balais : entretien +coûtPas la meilleure solution

Cage d’écureuil :Pas de contrôle de larésistance d’induitPas d’entretien et peu cherEnroulements court-circuitésde forte section

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Page 16: Le moteur asynchrone

Technologie du moteur asynchrone Les circuits électriques

Le rotor

Il n’est pas relié au réseauConducteurs en court-circuitRotor bobiné :

Contrôle des caractéristiquesd’induitBagues et balais : entretien +coûtPas la meilleure solution

Cage d’écureuil :Pas de contrôle de larésistance d’induitPas d’entretien et peu cherEnroulements court-circuitésde forte section

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Page 17: Le moteur asynchrone

Technologie du moteur asynchrone Les circuits électriques

Symboles électriques

(a) : rotor bobiné(b) : rotor à cage d’écureuil

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Page 18: Le moteur asynchrone

Fonctionnement du moteur asynchrone

Plan

1 PrésentationDéfinition et intérêtsPrincipe de fonctionnement

2 Technologie du moteur asynchroneLes circuits électriques

3 Fonctionnement du moteur asynchroneGlissementFonctionnement à videFonctionnement en chargeBilan des puissances

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Page 19: Le moteur asynchrone

Fonctionnement du moteur asynchrone Glissement

Glissement

Le rotor glisseIl “glisse” sur le champ magnétiquen < ns en mode moteur : le rotor va toujours moins vite que lechamp

Le glissement

g =Ωs − Ω

Ωs=

ns − nns

g est donné en %g ≤ 20% ... au delà le moteur cale ...

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Page 20: Le moteur asynchrone

Fonctionnement du moteur asynchrone Fonctionnement à vide

Moteur à vide

À vide :Le moteur n’est pas chargé mécaniquement

Il est inutile : Pu0 = 0

Il a un rendement nul η = 0

On supposera, pour simplifier, que :n0 = nsg0 = 0

cosϕ0 est petit :puissance essentiellement réactivemagnétisation

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Page 21: Le moteur asynchrone

Fonctionnement du moteur asynchrone Fonctionnement en charge

Fonctionnement en charge

Fonctionnement : zone linéaire Tu = an + b = kgDémarrage en charge possiblen < 0,8 ns =⇒ le moteur cale

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Page 22: Le moteur asynchrone

Fonctionnement du moteur asynchrone Fonctionnement en charge

Quelques caractéristiques de charge – 1/2

n

g01

nn nsnd

0,5 Tn

Tu

0

Tn

1,5 Tn

2 Tn

2,5 Tn

0

point de décrochage

démarrage

à vide

n

Charges en :n (pompe)n2 (ventilateur)Tu = cte (ascenseur)

Le moteur les entraîne

n

g01

nn nsnd

0,5 Tn

Tu

0

Tn

1,5 Tn

2 Tn

2,5 Tn

0

point de décrochage

démarrage

zone de fonctionnement

à vide

n2

n

g01

nn nsnd

0,5 Tn

Tu

0

Tn

1,5 Tn

2 Tn

2,5 Tn

0

point de décrochage

démarrage

à vide

Tu=cte

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Page 23: Le moteur asynchrone

Fonctionnement du moteur asynchrone Fonctionnement en charge

Quelques caractéristiques de charge – 2/2

Charge en n2 :Le moteur peut démarrerPoint de fonctionnement avecn < ndLe moteur cale

Charge en Tu = cteLe moteur pourrait l’entraîneren fonctionnementEn l’état, le moteur ne peutpas démarrer

n

g01

nn nsnd

0,5 Tn

Tu

0

Tn

1,5 Tn

2 Tn

2,5 Tn

0

point de décrochage

démarrage

zone de fonctionnement

à vide

n2

n

g01

nn nsnd

0,5 Tn

Tu

0

Tn

1,5 Tn

2 Tn

2,5 Tn

0

point de décrochage

démarrage

à vide

Tu=cte

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Page 24: Le moteur asynchrone

Fonctionnement du moteur asynchrone Fonctionnement en charge

Quelques caractéristiques de charge – 2/2

Charge en n2 :Le moteur peut démarrerPoint de fonctionnement avecn < ndLe moteur cale

Charge en Tu = cteLe moteur pourrait l’entraîneren fonctionnementEn l’état, le moteur ne peutpas démarrer

n

g01

nn nsnd

0,5 Tn

Tu

0

Tn

1,5 Tn

2 Tn

2,5 Tn

0

point de décrochage

démarrage

zone de fonctionnement

à vide

n2

n

g01

nn nsnd

0,5 Tn

Tu

0

Tn

1,5 Tn

2 Tn

2,5 Tn

0

point de décrochage

démarrage

à vide

Tu=cte

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Page 25: Le moteur asynchrone

Fonctionnement du moteur asynchrone Bilan des puissances

Bilan des puissances et des pertes

Pertes = Puissances activesBilan dans le moteur asynchrone

Puissance transmise à l'entrefer Ptr

Pertes mécaniquesrotationelles Prot

Puissance mécanique utile Pu

Pertes fer Pf

Pertes Joule au stator PJS

Puissanceélectromagnétique Pem

Pertes Joule au rotor PJR

Puissance électrique absorbée Pa

RESEAU

CHARGE

STATOR = inducteur

ROTOR = induit

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Page 26: Le moteur asynchrone

Fonctionnement du moteur asynchrone Bilan des puissances

Pertes constantes

Se mesurent à vide

Pc = Pa0 − PJS0 = Pfer + Prot

En TP : mesure de Pa0 avec la méthode des deux wattmètres

Les autres pertes se calculent toutes

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Page 27: Le moteur asynchrone

Fonctionnement du moteur asynchrone Bilan des puissances

Plaque signalétiqueGrandeurs nominales

Fonctionnement du moteur prévu par le constructeur, meilleuresperformances

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