Machines Asynchrones

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  • Prof. Mourad ZEGRARI

  • M. ZEGRARI 2Machines

    Asynchrones

    Plan

    Principe.

    Constitution.

    Modle de la machine asynchrone.

    Caractristiques en rgime permanent.

    Dmarrage et variation de la vitesse.

    Gnratrice Asynchrone.

  • M. ZEGRARI 3Machines

    Asynchrones

    Plan

    Principe

    Constitution

    Modle de la machine asynchrone

    Caractristiques lectromcaniques

    Dmarrage et variation de la vitesse

    B

    C

    D

    F

    A

    E

    Gnratrice Asynchrone

  • M. ZEGRARI 4Machines

    Asynchrones

    Analyse fonctionnelle

    La machine asynchrone (MAS) est un convertisseur lectromcanique rversible. Le plus souvent, cette conversion est utilise dans le sens Moteur.

    Moteur Asynchrone : entranements industriels, applications domestiques. Gnratrice Asynchrone : Production de lnergie lectrique (oliennes, mini-centrale

    hydrauliques). Fonctionnement en frein (rcupration de lnergie).

    MachineAsynchroneMachine

    Asynchrone

    Pertes Cuivre (Joule) Fer (magntiques) Mcaniques

    Energie Electrique

    Energie Mcanique

  • M. ZEGRARI 5Machines

    Asynchrones

    Applications

    Les MAS reprsentent plus de 80% des moteurs lectriques utiliss en industrie :

    Grande simplicit de construction prix relativement bas. Facilit dutilisation et dentretien cot de maintenance rduit. Simplicit de dmarrage. Commande aise avec les convertisseurs de puissance. Grande robustesse mcanique.

  • M. ZEGRARI 6Machines

    Asynchrones

    Principe

    1. Trois bobines fixes, dcales de 120et alimentes par un systme triphas quilibrde courants la pulsation s. On dispose de (2p) ples.

    3. Cration dans le rotor des courants induits la mme pulsation s.

    4. Ces courants induits crent au rotor une f.m.m. Fr tournante.

    2. Cration dune f.m.m. Fstournante la vitesse :

    =

    5. Production dun couple de dmarrage non nul : Le rotor tourne la vitesse < s.

    Phase C Phase A

    Phase B

    Stator

    Rotor

    120

  • M. ZEGRARI 7Machines

    Asynchrones

    Notion du glissement

    Le rotor tourne la vitesse = (/p) lgrement infrieure s.On dfinit le glissement du moteur qui sexprime en % :

    La pulsation des courants induits r au rotor devient :

    La vitesse du rotor peut scrire :

    Fs tourne s / stator.Fr tourne r / rotor Fr tourne (r + ) = s / stator.Les deux f.m.m. tournent la mme vitesse Cration dun couple constant.

    =

    =

    ==

    ( ) =

  • M. ZEGRARI 8Machines

    Asynchrones

    Action des f.m.m. en rotation

    Rotation la vitesse : s Stator aliment la pulsation s f.m.m. Fs tourne s Enroulements du rotor en court-circuit tourne < s Tensions induites au rotor, pulsation r = s - Courants au rotor f.m.m. Fr tourne r > 0 / Rotor et (r+) = s / Stator

    Couple moteur Moteur Asynchrone.

    Rotation la vitesse : > s Stator aliment la pulsation s f.m.m. Fs tourne s Enroulements du rotor entrans > s Tensions induites au rotor, pulsation r = s - Courants au rotor f.m.m. Fr tourne r < 0 / Rotor et (r+) = s / Stator

    Couple rsistant Gnratrice Asynchrone.

    FsFr

    FsFr

  • M. ZEGRARI 9Machines

    Asynchrones

    Plan

    Principe

    Constitution

    Modle de la machine asynchrone

    Caractristiques lectromcaniques

    Dmarrage et variation de la vitesse

    B

    C

    D

    F

    A

    E

    Gnratrice Asynchrone

  • M. ZEGRARI 10Machines

    Asynchrones

    Constitution de base

    Comme toute machine lectrique tournante, la machine asynchrone comporte essentiellement : Un Stator (partie fixe). Un Rotor (partie mobile). Des organes mcaniques(fixation, protection, ventilation).

  • M. ZEGRARI 11Machines

    Asynchrones

    Stator

    Partie fixe de la machine : elle comporte trois enroulements (bobines) et possde ples. Le bobinage des enroulements est identique celui de la machine synchrone.

    Stator bobin

    Plaque bornes

    Patte de fixation

  • M. ZEGRARI 12Machines

    Asynchrones

    Rotor

    Rotor

    En court-circuit( cage)

    Massif(magntique)

    Les courants induits circulent dans des barres conductrices court-circuites par deux anneaux.

    Bobin( bagues)

    Rotor ralis par un circuit magntique massif, sige des courants induits de Foucault.

    Les courants induits circulent dans des enroulements bobins sur le rotor couples en toile.

    Partie mobile de la machine : elle est constitu dun ensemble de conducteurs mis en court-circuit.

  • M. ZEGRARI 13Machines

    Asynchrones

    Rotor bobin ( bagues)

    Le rotor est un cylindre compos dun empilement de tles presss. Ces tles sont munies dencoches o sont logs des conducteurs formant trois bobinages, accessibles par des bagues et des balais.

    Ce dispositif permet de modifier les proprits lectromcaniques de la machine (Tem, g).

    Rhostat

    Enroulements du rotor

    Bagues

    Balais

    Plaque bornes du rotor

  • M. ZEGRARI 14Machines

    Asynchrones

    Rotor bobin ( bagues)

    Balais

    Rotor Bobin

  • M. ZEGRARI 15Machines

    Asynchrones

    Rotor cage dcureuil (en court-circuit)

    Le rotor est constitu de barres conductrices, en cuivre ou en aluminium, ces barres sont inclines par rapport laxe de rotation.Les extrmits de ces barres sont court-circuites par deux anneaux de mme mtal.

    Barres conductrices sige des courants induits

    Anneaux de court-circuit.

  • M. ZEGRARI 16Machines

    Asynchrones

    Rotor massif

    Le rotor est constitu par un cylindre plein non lamin.Les parties massives en fer constituent lenroulement en court-circuit, par leffet des courants de Foucault, induits dans la masse mtallique.

    Rotor massif Courants induits

    Rotor massif

  • M. ZEGRARI 17Machines

    Asynchrones

    Plan

    Principe

    Constitution

    Modle de la machine asynchrone

    Caractristiques lectromcaniques

    Dmarrage et variation de la vitesse

    B

    C

    D

    F

    A

    E

    Gnratrice Asynchrone

  • M. ZEGRARI 18Machines

    Asynchrones

    Fonctionnement rotor ouvert

    La machine est quivalente un transformateur triphas :Stator PrimaireRotor Secondaire

    ==

    Impdance du stator

    RssjXs

    jXmRcEsVs

    Rr jXrm0

    EroImpdance

    du rotor

    Impdance magntisante

    (s) (ro = s)

    Vro

    Rapport de transformation :

  • M. ZEGRARI 19Machines

    Asynchrones

    Fonctionnement rotor en court-circuit

    Le rotor est en court-circuit, sa pulsation devient :

    RssjXs

    jXmRcEsVs

    Rrjrm

    Er

    ==

    (s) (r)

    r

    o

    Rapport de transformation :

    == Avec :

    =

    =

    =

  • M. ZEGRARI 20Machines

    Asynchrones

    Schma monophas quivalent

    On ramne toutes les grandeurs la mme pulsation s :

    quation des f.m.m. :

    quation des courants :

    RssjXs

    jXmRcEsVs

    Rr / g jXrm

    Ero

    (s) (s)

    so

    r

    Courant magntisant non ngligeable

  • M. ZEGRARI 21Machines

    Asynchrones

    Schma monophas ramen au primaire

    Par la suite, on peut ramener tous les lments au primaire, en effectuant les rgles de transformation :

    Les rgles de transformation sont : ; ;

    Limpdance totale vue du stator :

    RsjXs

    jXmRcEsVs

    Rr / g jXro

    r

    ( )

    ++=+=

    s r

    m

  • M. ZEGRARI 22Machines

    Asynchrones

    Schma quivalent en

    Le modle quivalent en "T" de la machine comporte les lments suivants :

    Le courant scrit alors :

    Avec : et

    = =

    +

    ( ) ( )

    = =

    + + + +

    s

    Vs

    so

    r

    BA

    Vt

    r BA

    Modle de

    Thvenin

    = =

    +

  • M. ZEGRARI 23Machines

    Asynchrones

    Schma quivalent en

    Le modle quivalent en "L" place limpdance magntisante (Rc, Xm) lentre :

    Rs : reprsente les pertes Joules au stator : Rr : reprsente les pertes Joules au rotor : (Rr /g) : reprsente la puissance transmise du stator au rotor :

    RssjXs

    jXmRcVs

    Rr / g jXrso

    r

  • M. ZEGRARI 24Machines

    Asynchrones

    Plan

    Principe

    Constitution

    Modle de la machine asynchrone

    Caractristiques lectromcaniques

    Dmarrage et variation de la vitesse

    B

    C

    D

    F

    A

    E

    Gnratrice Asynchrone

  • M. ZEGRARI 25Machines

    Asynchrones

    coulement des puissances

    ChargeMcaniqueStator Rotor Arbre

    Alimentationlectrique

    Tu

    Tem

    Puissancelectrique

    PertesMcaniques

    !"

    Pertes totalesau stator

    #$MoteurAsynchrone

    Pertes totalesau rotor

    #$

    PuissanceTransmise

    Puissancelectromagntique

    PuissanceMcanique

    s

    Tem

  • M. ZEGRARI 26Machines

    Asynchrones

    Bilan des puissances

    PuissanceTransmise

    Pertes Joulesau stator

    Pertes Ferau stator

    Puissancelectrique

    "

    Pertes Ferau rotor

    Pertes Joulesau rotor

    $

    !"PuissanceMcanique

    Puissancelectromagntique

    PertesMcaniques

    $

    %

    #$ #

    #$ #

    !" #

  • M. ZEGRARI 27Machines

    Asynchrones

    Dissipation des diffrentes puissances

    partir du schma monophas quivalent ramen au primaire :

    La rsistance Rs reprsente les pertes Joules au stator pjs. La rsistance Rc reprsente les pertes dans le fer au stator pfs. La rsistance fictive (Rr/g) correspond la puissance transmise Ptr . La rsistance Rr reprsente les pertes Joules au rotor pjr

    RsjXs

    jXmRcEsVs

    Rr / g jXro

    r

  • M. ZEGRARI 28Machines

    Asynchrones

    Estimation des puissances

    Les pertes magntiques (fer) sont proportionnelles la frquence.Au niveau du rotor, la frquence est : &&

    La puissance transmise est convertie dans la "rsistance" () :

    Les pertes cuivre au rotor scrivent alors :

    La puissance lectromagntique devient :

    '

    =

    '

    ==

    $

    ( ) ( ) (

    ))

    ==

  • M. ZEGRARI 29Machines

    Asynchrones

    Calcul du couple lectromagntique

    La puissance lectromagntique dveloppe par la machine scrit :

    Le couple lectromagntique scrit alors :

    =

    ( ) ( ) ( ) '

    )

    ))

    =

    ==

    ( ) ( )

    ==

    '

    =

    =

    Avec :

  • M. ZEGRARI 30Machines

    Asynchrones

    Expression du courant rotorique

    Le schma simplifi en L permet de calculer directement le courant rotorique ramen au primaire :

    La valeur efficace du courant est :

    ( ) ( )

    ' '

    ' '

    = =

    + + + + +

    RssjXs

    jXmRcVs

    Rr / g jXrso

    r

    XT = Xs + Xr : ractance de fuite totale.

  • M. ZEGRARI 31Machines

    Asynchrones

    Caractristique mcanique Tem()

    Exprimons le couple Tem en fonction de la vitesse de rotation :

    Caractristique mcanique : Dmarrage : = 0 g = 1 Tem = Td

    La machine absorbe Ped = Td s Pour voisin de s, g est faible :

    Tem = K. o : K < 0

    A vide : = s g = 0 Tem = 0

    ( )'

    '

    '

    =

    + +

    Td

    Tem

    Tmax

    s

    Zone dutilisation (Linaire)

    Vitesse vide

  • M. ZEGRARI 32Machines

    Asynchrones

    Valeurs critiques

    Couple de dmarrage Td :

    Couple lectromagntique maximal Temax :

    Ce couple est maximal pour une valeur particulire appele glissement critique gc :

    " ' '

    =

    +

    '

    *+ ' '

    )

    ' =

    + +

    ( ) ( )'

    , ' '

    =

    + +Td : dpend de la rsistance

    Rr du rotor.

    Temax : inversement proportionnel XT et indpendant de Rr.

    gc : proportionnel la rsistance Rr du rotor.

  • M. ZEGRARI 33Machines

    Asynchrones

    Caractristique lectromcanique s()

    Le courant statorique s scrit : s = so + r

    O :

    Caractristique s () : Dmarrage : = 0 g = 1 s = d

    Courant d lev : (d/n) = 5 7Limiter le courant de dmarrage.

    A vide : = s g = 0 s = s0Courant vide magntisantNon ngligeable (50% n) cause de lentrefer.

    Curant vide

    d

    s

    ( )

    '

    '

    =

    + +

    Vs

    s0

    sr

    0

    r

    s

    s0

    s

  • M. ZEGRARI 34Machines

    Asynchrones

    Mise en vidence de la puissance

    La puissance transmise dans lentrefer peut se dcomposer en : Une puissance perdue par effet Joule dans les enroulements du rotor. Une puissance lectromagntique dveloppe sur larbre de la machine.

    Puissance lectromagntique

    Pertes Joule au rotor

    r

    Er

    Rr

    ( )

    )

    jXrjXrr

    Er

    Rr / g

    Puissance transmise

  • M. ZEGRARI 35Machines

    Asynchrones

    Visualisation des puissances

    La puissance transmise est : Avec :

    Tem

    Tmax

    s

    Point de fonctionnement

    Puissance transmise

    Tr

    g1 0

    Td

  • M. ZEGRARI 36Machines

    Asynchrones

    Estimation du rendement

    Dans les machines de forte puissance, il est possible de ngliger lensemble des pertes au stator ainsi que les pertes mcaniques :

    Or :

    Lexpression approche du rendement scrit :

    Plus le glissement est lev, plus le rendement de la machine est faible.

    ( ))

    *

    %==

  • M. ZEGRARI 37Machines

    Asynchrones

    Plan

    Principe

    Constitution

    Modle de la machine asynchrone

    Caractristiques lectromcaniques

    Gnratrice Asynchrone

    B

    C

    D

    F

    A

    E Dmarrage et variation de la vitesse

  • M. ZEGRARI 38Machines

    Asynchrones

    Modes de dmarrage

    Dmarrage Direct.

    Dmarrage sous tension rduite : Dmarrage toile-Triangle : Te et d sont diviss par 3. Utilisation dun autotransformateur.

    Dmarrage par gradateur.

    Utilisation dun dmarreur lectronique.

    Dmarrage Statorique (insertion dimpdances au stator). Dmarrage Rotorique (insertion dimpdances au rotor dans le cas dun moteur

    asynchrone rotor bobin). Dmarrage laide dun variateur de vitesse.

  • M. ZEGRARI 39Machines

    Asynchrones

    Dmarrage Direct

    Le couple de dmarrage scrit :

    Avantages : Simple et conomique. Couple de dmarrage important.

    Inconvnients : Appel de courant au dmarrage pouvant perturber la marche dautres appareils

    connects sur le mme rseau. A-coups mcaniques lors des dmarrages, inacceptables pour la machine ou pour le

    confort et la scurit des usagers. Impossibilit de contrler lacclration et la dclration.

    ( ) ( )'

    ' , , ' '

    = =

    + +

  • M. ZEGRARI 40Machines

    Asynchrones

    Dmarrage Direct : Cblage

    MAS

    Q : Sectionneur

    KM : Contacteur

    RT : Relais Thermique

    Transformateur Q

    RT

    AT

    MA KM

    KM

    L1 L2 L3 Circuit de Puissance

    Circuit de Commande

  • M. ZEGRARI 41Machines

    Asynchrones

    Inversion du sens de marche

    MAS

    Q

    KM-AV

    RT

    L1 L2 L3Circuit de Puissance

    Circuit de Commande

    RT

    ATKM-AR

    MAV KM-AV

    KM-AV

    KM-AR

    MAR KM-AR

    KM-AR

    KM-AV

    Q

    24 V

  • M. ZEGRARI 42Machines

    Asynchrones

    Raccordement du MAS

    La plaque bornes du moteur asynchrone permet de raccorder les enroulements du stator laide de six bornes repres : (U1,V1,W1) et (U2,V2,W2)

    Le positionnement de trois barrettes de cuivre permet dalimenter le moteur sous deux tensions diffrentes.

    U1 V1 W1

    U2 V2 W2

    Plaque bornes dune machine asynchrone

  • M. ZEGRARI 43Machines

    Asynchrones

    Couplage des enroulements

    Le couplage des enroulements du moteur est effectu en fonction de la tension de rseau dalimentation.

    Couplage Etoile (Y)

    L1

    U1 V1 W1

    U2 V2 W2

    L2 L3

    Couplage Triangle ()

    L1

    U1 V1 W1

    U2 V2 W2

    L2 L3

    Rseau dalimentation380/660 V220/380 V127/220 V

    Plaque Moteur

    toileTriangleSous-aliment380/660 VtoileTriangle220/380 V

    toile127/220 V

  • M. ZEGRARI 44Machines

    Asynchrones

    Dmarrage Etoile-Triangle

    Q

    KMY : Couplage Etoile

    RT

    L1 L2 L3

    MAS KMDCouplage Triangle

    KML

    W1

    U2 V2 W2

    U1 V1

    Phases de fonctionnement Phase 1 : Dmarrage

    Fermeture du contacteur de ligne KML et couplage en Etoile (KMY).Le moteur est aliment sous une tension rduite.

    Phase 2 : Fonctionnement nominalOuverture du contacteur KMY et passage au couplage triangle (KMD).Le moteur est prsent alimentsous sa tension nominale.

  • M. ZEGRARI 45Machines

    Asynchrones

    Dmarrage lectronique

    Fonctionnement Variation de la valeur efficace de la

    tension Vs par rglage de langle de retard lamorage des thyristors.

    Intgration des fonctions de protections et de contrle avances (exemple : Dmarreur SMC-3).

    Gradateur

    Q

    RT

    L1 L2 L3

    KML

    W

    MAS

    U V

  • M. ZEGRARI 46Machines

    Asynchrones

    Dmarrage Statorique

    Q

    RT

    L1 L2 L3

    KML

    MAS

    Phases de fonctionnement Phase 1 : Dmarrage

    Fermeture du contacteur : passage par la totalit de limpdance Z. Courant de dmarrage d rduit.

    Phase 2 : Temps intermdiaireFermeture du contacteur KM1. Passage par une partie de Z. Courant intermdiaire d2.

    Phase 3 : Fonctionnement nominalFermeture du contacteur KM2. impdance Z court-circuite. Courant nominal n.

    KM1KM2Z

  • M. ZEGRARI 47Machines

    Asynchrones

    Dmarrage Rotorique

    Q

    RT

    L1 L2 L3

    KML

    MAS

    Phases de fonctionnement Phase 1 : Dmarrage

    Fermeture du contacteur KML. Courant du rotor limit par toute la rsistance du Rhostat.

    Phase 2 : Temps intermdiaireFermeture du contacteur KM1. Passage par une partie de R. Courant intermdiaire d2.

    Phase 3 : Fonctionnement nominalFermeture du contacteur KM2. Rhostat court-circuit. Courant nominal n.

    KM1KM2

    Rhostat

  • M. ZEGRARI 48Machines

    Asynchrones

    Variation de la vitesse

    Hypothses de calcul : Rsistance du stator Rs nglige Ractance totale : XT = Xs + Xr = LT squations simplifis :

    Variation de la vitesse par modification de la caractristique du couple Tem().Paramtres de variation de la vitesse : Nombre de paires de ples : Tension d'alimentation : Vs Rsistance rotorique : Rr Frquence d'alimentation : s

    =

    '

    '

    *+ -'

    '

    =

    =

    *+

    =; ;

  • M. ZEGRARI 49Machines

    Asynchrones

    Action sur le nombre de ples

    Moteur 2 vitesses DAHLANDER

    Moteur DAHLANDER

    Ce moteur est ralis avec une conception particulire de l'enroulement statorique. Cette conception permet, grce des connexions extrieures, de varier le nombre de paires de ples de la machine, et par consquent la vitesse de rotation.

    On se limite en gnral deux vitesses :PV : Petite Vitesse.GV : Grande Vitesse.

  • M. ZEGRARI 50Machines

    Asynchrones

    Action sur la tension statorique V

    Solution ralise par un autotransformateur ou un gradateur de tension.

    Le couple maximal Temax est attnu Faible couple de dmarrage. Charges Tr = k.n avec service continu : Pompes, Centrifugeuses, Ventilateurs. Laugmentation du glissement entrane une diminution du rendement : ) Le glissement *+ se conserve puisqu'il est indpendant de la tension Vs.

    Tem

    s

    TemTr = k

    V2 = 85 %

    V1 = 100 %

    V3 = 65 %

    s

    V1

    V2

    V3

    V4

    Tr = k

    min maxmin max

    MAS cage.

    MAS bagues.

    =

    '

    *+ -'

    =

    *+

    =; ;

  • M. ZEGRARI 51Machines

    Asynchrones

    Variation par gradateur de tension

    Ce dispositif permet de contrler la valeur efficace de la tension Vs par modification de langle de retard lamorage des thyristors, monts tte-bche dans chaque phase du moteur.

    Procd simple mettre en uvre, mais qui altre considrablement le rendement.

    iA

    t

    Gradateur

    A

    B

    C

    MAS

    U

    V

    W

  • M. ZEGRARI 52Machines

    Asynchrones

    Altration du rendement

    Les pertes dues aux harmoniques et la modification du glissement sont les causes d'une dgradation du rendement de la machine.

    La variation du rendement est reprsente en fonction de la puissance statorique rapporte sa valeur nominale.

    75

    50

    25

    0.50 10.25 0.75

    Onde pleine

    = 30 = 90

    = 120

    P1 / Pn

    Rendement %

    : Angle de retard des thyristors.

  • M. ZEGRARI 53Machines

    Asynchrones

    Action sur la rsistance rotorique

    Solution applicable uniquement aux moteurs rotor bobin.

    Le couple maximal Temax reste constant. On obtient Td importants tout en diminuant d. Charges couple constant Tr = k : Engins de levage, Treuil. Laugmentation du glissement entrane une diminution du rendement. Le glissement *+ augmente avec Rr. Le rendement est diminu.

    Tem

    Tmax

    s

    Tr

    Rr1 Rr0Rr2

    =

    '

    *+ -'

    =

    *+

    =; ;

  • M. ZEGRARI 54Machines

    Asynchrones

    Cascade hyposynchrone

    Lnergie prleve du rotor est renvoye vers le rseau par un redreseur-onduleur.

    Le glissement scrit :

    Niveaux de rendements levs pouvant dpasser les 90%. Possibilit dobtenir un freinage par rcupration. Systme efficace pour des rglages dans une gamme de vitesses restreintes.

    Transformateur(m)MAS

    Redresseur OnduleurFiltre

    MAS triphas rotor bobin

    Rseau d'alimentation

    Vdc V'dc

    Vs

    Vr( )= "

    Commande des thyristors

  • M. ZEGRARI 55Machines

    Asynchrones

    Action sur la frquence dalimentation

    Tem

    Tmax

    s

    Tr

    On varie la vitesse s du champ tournant par action sur la frquence s de la source Vs :

    Le couple maximal Temax reste inchang. Le glissement reste pratiquement constant, le rendement est conserv.

    =

    '

    *+ -'

    =

    *+

    =; ;

  • M. ZEGRARI 56Machines

    Asynchrones

    Commande V/f

    Objectif : viter la saturation du circuit magntique et limiter le courant vide s0.Procdure : Maintenir le flux constant en ajustant la frquence s avec la tension Vs :Usage gnral : Bon rendement et bon couple mme a basses vitesses.

    *".

    =

    Redresseur Onduleur transistorsFiltre

    ABC

    MAS

    Vs

    t

    Tension instantane

    Tension moyenne

    t

    s

    Courant moteur

    Convertisseur indirect de frquence : Redresseur triphas diodes. Onduleur transistors IGBT.

    Tension et courant fournis par londuleur Modulation de Largeur dImpulsions (MLI).

  • M. ZEGRARI 57Machines

    Asynchrones

    Variateur de vitesse industriel

    Dmarrage et arrt : rglage de l'acclration et de la dclration au moyen dun profil de vitesse.

    Variation et rgulation de la vitesse : certains variateurs sont munis d'un rgulateur de vitesse avec une boucle de retour.

    Inversion du sens de rotation : cette fonction est souvent ralise par inversion de la consigne lentre du variateur.

    Freinage : ralis par injection du courant continu dans le moteur avec un fonctionnement rversible de ltage de puissance.

    Protections intgres : contre les courts-circuits, les surtensions et les chutes de tension, les dsquilibres et la marche en monophas.Variateur de vitesse pour MAS

    (type ATV58H Tlmcanique)

    Dmarrage Arrt

    td ta

    t

  • M. ZEGRARI 58Machines

    Asynchrones

    Classes des MAS : Norme NEMA

    Cest une classification des moteurs asynchrones cage afin dadapter leurs caractristiques nominales aux charges mcaniques usuelles.Pour un moteur asynchrone, le rapport (Td/Tn) est proportionnel Rr alors que le rapport (d/n) lui est inversement proportionnel. Couple de dmarrage :

    Glissement maximal correspondant :

    ( )'

    ' , , ' '

    = =

    +

    *+

    =

    Caractristiques normalises des classes NEMA des moteurs asynchrones.

  • M. ZEGRARI 59Machines

    Asynchrones

    MAS cage de faible rsistance : NEMA Classe A

    Classe A : Moteur simple cage Faible rsistance du rotor.Caractristiques : Glissement nominal faible, bon rendement, faible couple de

    dmarrage, fort courant de dmarrage.Applications : Charges faible couple rsistant au dmarrage: pompes, ventilateurs

    Classe D : Moteur simple cage Forte rsistance du rotor.Caractristiques : Glissement nominal important, rendement mdiocre, fort couple de

    dmarrage, courant de dmarrage limit.Applications : Charges couple rsistant au dmarrage lev (engins de levage).

    Classe C : Moteur double cage.Caractristiques : Cage externe barres minces" et cage interne barres paisses.Applications : Compromis entre les avantages des moteurs de classes A et D.

    Classe B : Moteur encoches profondes.Caractristiques : Cage avec des barres de section trapzodale.Applications : Compromis entre classes A et D avec une construction simple.

  • M. ZEGRARI 60Machines

    Asynchrones

    Classes des MAS : Synthse

    Tableau des caractristiques normalises des classes NEMA des moteurs asynchrones :

    > 5600 - 800275----275D

    1 - 5600 800190 - 225140 - 195200 - 285C

    0.5 5600 - 800175 - 30065 - 19070 - 275B

    0.5 - 5----175 - 30065 - 19070 - 275A

    Glissement nominal

    g (%)

    Courant de dmarrage

    d/n (%)

    Couple de dcrochage

    TdmaxTn (%)

    Couple nomnial

    Basse vitesse

    Tmin/Tn (%)

    Couple de dmarrage

    Td/Tn (%)

    Classe NEMA

  • M. ZEGRARI 61Machines

    Asynchrones

    Plan

    Principe

    Constitution

    Modle de la machine asynchrone

    Caractristiques lectromcaniques

    Gnratrice Asynchrone

    B

    C

    D

    F

    A

    E Dmarrage et variation de la vitesse

  • M. ZEGRARI 62Machines

    Asynchrones

    Gnratrice Asynchrone

    PrincipeSi la MAS est entrane > s Glissement g < 0Couple et puissance active < 0 Fonctionnement en Gnratrice Asynchrone.

    Dmarrage Habituellement assur par la machine d'entranement. Utilisation momentane en moteurs pour amorcer le lancement du groupe gnrateur.

    MagntisationLa MAS ne possde pas dexcitation la puissance ractive ncessaire sa magntisation peut tre fournie : Soit par le rseau : la machine est couple en parallle. Soit par une batterie de condensateurs dans le cas d'une utilisation isole.

  • M. ZEGRARI 63Machines

    Asynchrones

    Gnratrice olienne

    Coupe dtaille dune olienneolienne isole

    Parc olien coupl au rseau lectrique

  • M. ZEGRARI 64Machines

    Asynchrones

    Gnratrice Asynchrone : Caractristique

    > s g < 0 Fonctionnement en Gnratrice Asynchrone.

    Rseau lectrique

    Turbine

    MAS

    Tem

    s

    Moteur : 1 > g > 0 g < 0 : Gnratrice

    T() Turbine

    Tem() MAS

    Point de fonctionnement stable.

  • M. ZEGRARI 65Machines

    Asynchrones

    Fonctionnement en Frein

    Si la machine entrane est rversible Freinage par inversion du sens de rotation.Inversion par croisement de deux phases Passage du quadrant Q1 au quadrant Q4.

    Rseau lectrique

    MASChargeMcanique

    Tr() Charge

    Tem

    s

    Tem(+ )

    q- q

    Tem( )

    - s

    Q1

    Q4Q3

    Q2

  • M. ZEGRARI 66Machines

    Asynchrones

    MAS Monophas : Champ tournant

    Un bobinage monophas de n spires, parcouru par un courant sinusodal damplitude met de pulsation s, cre une f.m.m. F de direction fixe et damplitude variant avec s :

    i(t) = m cos(st) F(t) = nm cos(st) = Fm cos(st)

    La f.m.m. F peut tre dcompose : f.m.m. directe Fd et f.m.m. inverse Fi :

    Les f.m.m. Fd et Fi ont des amplitudes constantes et tournent respectivement s et -s.

    NS F F

    Fd

    Fisi

    sd

    ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) '

    " /,

    +=+==

  • M. ZEGRARI 67Machines

    Asynchrones

    MAS Monophas : Couple lectromagntique

    F : superposition de deux f.m.m. tournantes Fd et Fi.Tem = Temd ( s) + Tem ( - s)

    Couple de dmarrage nul lancement la main pour le dmarrage. : Couple rsultant Tem nul pour une vitesse lgrement infrieure s.

    Tem

    s

    Temd

    Temi

    - s

    Tem

    Tdd

    Tdi

  • M. ZEGRARI 68Machines

    Asynchrones

    MAS Monophas Condensateur

    Ajouter un enroulement auxiliaire, dcal de 90par rapport lenroulement principal, et parcouru par un courant dphas de pi/2 par la mise en srie dun condensateur.

    P< qq kW : Condensateur lectrochimique de forte valeur (50 F pour moteur 600 W). Aprs le dmarrage : dconnexion automatique par relais centrifuge plac sur larbre.

    Petite puissance (100 300 W) : Condensateur de faible valeur branch en permanence.

    Source monophase

    Condensateur de dmarrage

    Relais centrifuge

    Phase principale

    Phase auxiliaire

    MAS monophas Condensateur