Moteur Asynchrone

Cours Machines Asynchrones B. REBHI 111/07/2007

U

IT .

P élec= U.IP méc a= T .

Mécanique

Electrique

U

IT .

P élec= U.IP méc a= T .

Mécanique

Electrique

U

I T .

P élec= U.I P méc a= T .

Electrique

Mécanique

U

I T .

P élec= U.I P méc a= T .

Electrique

Mécanique

INTRODUCTION

GENERATRICEDynamoAlternateur

MOTEUR


INTRODUCTIONSoit une Force F exercée sur un conducteur L placé dans un champ magnétique BRappel 1: tout conducteur se déplace dans un champ magnétique est le siège d’une f.é.m. E, dont le sens est donné par la règle des trois doigts de la main gauche

I →

BL

E = B L V V : vitesse de déplacement du conducteur (m/s)

Branchant un récepteur R aux bornes du conducteur , un courant I circulera

R

Rappel 2: tout conducteur traversé par un courant I et placé dans un champ magnétique B est soumis à une force électromagnétique F , dont le sens est donné par la règle des trois doigts de la main droite

F = B I L

FSi V = cte

F = F F V = F V

F V = B I L V F V = E IF V : Puissance mécanique

conversion E I: puissance électrique

GENERATRICEWméc Welec


INTRODUCTIONSoit un un conducteur L , alimenté par une tension U (donc traversé par un courant I) et placé dans un champ magnétique B

LB

U

Rappel 2: tout conducteur traversé par un courant I et placé dans un champ magnétique B est soumis à une force électromagnétique F , dont le sens est donné par la règle des trois doigts de la main droite

La force F fait bouger le conducteur LRappel 1: tout conducteur se déplace dans un champ magnétique est le siège d’une f.é.m. E, dont le sens est donné par la règle des trois doigts de la main gauche

E est opposé à U U = E + r Ir : résistance du conducteur

multipliant par I : U I = E I + r I2

U I = B L V I + r I2avec E = BLV

et BLI= F U I = F V + r I2

U I :Puissance électrique

conversion F V: puissance mécanique

r I2 : pertes

MOTEURWelec Wméc

F


Le moteur asynchrone : Le principal point faible des moteurs électriques à courant continu a toujours été le système mécanique collecteur-balais, cher et fragile, source de pannes fréquentes.Cherchant à concevoir un moteur électrique sans collecteur Tesla découvrit en 1882 les champs magnétiques tournants engendrés par un système de courants polyphasés.En 1883 il construisit son premier moteur à champ magnétique tournant. Dans ce genre de moteur, dit à induction, le stator comprend des bobines fixes et régulièrement disposées qui engendrent un champ magnétique tournant lorsqu'elles sont parcourues par les diverses "phases". Le champ tournant induit des courants dans un rotor ; l'interaction du champ magnétique et des courants du rotor exerce sur celui-ci un couple qui tend à lui faire rattraper le champ tournant. Si le rotor tournait à la même vitesse que le champ statorique il n'y aurait plus de courants induits, donc plus de couple. En régime normal le rotor tourne donc à une vitesse inférieure au synchronisme d'où son autre nom de moteur asynchrone.Ne nécessitant que très peu d'entretien les moteurs asynchrones sont de loin les plus employés dans l'industrie. Leur seul désavantage par rapport aux moteurs à courant continu se situe dans le réglage de la vitesse de rotation. Pour les premiers il suffit de faire varier la tension d'alimentation tandis que pour les seconds il faut faire varier la fréquence et la tension.Le développement de l'électronique de puissance a aujourd'hui permis de surmonter cette difficulté.

Un peut d’histoire


NordSud

Aiguille aimantée

CHAMPS TOURNANTS: par aimant tournant

Ainsi un champ tournant peut entrainer à la même vitesse que lui un aimant ou un électroaimant:Nous avons là le principe du moteur synchrone.

Action sur une aiguille aimantée:

Faisons tourner l’aimant

l’aiguille tourne à la même vitesse que lui, on dit

qu’elle tourne au « synchronisme ».

n = nsn: vitesse de l’aiguille, ns: vitesse du champ tournant

L’attraction mutuelle des pôles de noms contraires explique ce phénomène.



n < ns

Action sur un conducteur:

Le champ tournant induit un courant dans le conducteur. L’interaction entre ce courant et le champ crée une force dont le sens est donné par la règle des trois doigts de la main droite.

C’est le principe du moteur asynchrone


Principe de fonctionnementLe principe de fonctionnement d'un moteur asynchrone repose :D'une part sur la création d'un courant électrique induit dans un conducteur placé dans un champ magnétique tournant. Le conducteur en question est un des barreaux de la cage d'écureuil ci-dessous constituant le rotor du moteur. L'induction du courant ne peut se faire que si le conducteur est en court-circuit (c'est le cas puisque les deux bagues latérales relient tous les barreaux).D'autre part, sur la création d'une force motrice sur le conducteur considéré (parcouru par un courant et placé dans un champ magnétique tournant ou variable) dont le sens est donné par la règle des trois doigts de la main droite.

Comme montré sur le schéma ci-dessus, le champs tournant , à un instant donné, est orienté verticalement. En considérant deux conducteurs diamétralement opposés, on constate que les courants induits dans ces deux conducteurs sont en sens inverse et, associés au champ magnétique, créent des forces motrices en sens inverse. Le rotor étant libre de tourner sur son axe, les deux forces s'associent pour imprimer aux deux conducteurs un couple permettant la rotation de la cage d'écureuil : le moteur électrique est inventé. Pour entretenir la rotation du moteur, il est nécessaire de faire varier soit le courant dans les conducteurs de la cage, soit le champs magnétique. Dans un moteur asynchrone, c'est le champ magnétique qui varie sous forme de champ tournant créé dans le stator. Au démarrage le champ tournant balaye les conducteurs de son flux à la vitesse angulaire de synchronisme. Le rotor mis en rotation tend à rattraper le champ tournant. Pour qu'il y ait un couple entretenu au niveau des conducteurs, la variation de flux doit être présente en permanence; ce qui signifie que si les conducteurs tournent à la vitesse de synchronisme comme le champ tournant, la variation de flux sur les conducteurs devient nulle et le couple moteur disparaît.

http://energie.wallonie.be/energieplus/CDRom/ascenseurs/equipements/ascequmoteurasynch.htm

http://energie.wallonie.be/energieplus/CDRom/ascenseurs/equipements/ascequmoteurasynch.htm



Action sur un cylindre métallique:

n < ns


L’aimant tournant produit un champ électromagnétique ф qui traverse un cylindre métallique. Les génératrices du cylindre placées dans le champ se comportent comme des brins actifs (AB et CD).Elles sont parcourues par un courant I proportionnel à F et engendrent des forces perpendiculaires qui constituent le couple.

On constate que le cylindre suit la rotation de l’aimant avec un léger décalage appelé glissement.

L’aimant tournant est remplacé par le stator (électro-aimant alimenté par un courant alternatif).Dans le rotor métallique, des barreaux de cuivre en circuit fermé sont insérés, pour canaliser les courants induits.


CHAMPS TOURNANTS: en triphasé

3 enroulements placés à 120° l’une de l’autre, alimentés par une source triphasé

120° 120°

120°

ns = fns: vitesse du champf: frequence du réseau



ns = f

ns: vitesse du champ tournant

f: frequence de la tension réseau

Cours Machines Asynchrones B. REBHI 15

Paires de pôles 1 2 3 4Nombre de pôles 2 4 6 8

ns [tr/min] 3 000 1 500 1 000 750

11/07/2007

Dans un moteur triphasé les enroulements sont au nombre minimum de trois décalés l'un de l'autre de 120° comme le montre le schéma ci-dessous. Influence du nombre de paires de pôles sur la vitesse de rotation et de la forme du champ statorique résultant.Lorsque les enroulements du stator sont parcourus par un courant triphasé, ceux-ci produisent un champs magnétique tournant à la vitesse de synchronisme. La vitesse de synchronisme est fonction de la fréquence du réseau d'alimentation (50 Hz en Europe) et du nombre de paire de pôles. Vu que la fréquence est fixe, la vitesse de rotation du champ tournant du moteur ne peut varier qu'en fonction du nombre de paires de pôles.

ns = f / p en tours/seconde

ns = 60 f / P en tours/minute

avec:ns : la vitesse du champ tournantf : la fréquence du réseaup : le nombre de paires de pôles

VITESSE DU CHAMP TOURNANT


ORGANISATION

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STATOR

ROTOR


STATORLe stator d'un moteur triphasé (le plus courant en moyenne et grosse puissance), comme son nom l'indique, est la partie statique du moteur asynchrone. Il se compose principalement :•de la carcasse, des paliers, des flasques de palier, du ventilateur refroidissant le moteur, le capot protégeant le ventilateur.

L'intérieur du stator comprend essentiellement :un noyau en fer feuilleté de manière à canaliser le flux magnétique, Les 3 enroulements (ou bobinage en cuivre) des trois phases logés dans les encoches du noyau. Dans un moteur triphasé les enroulements sont au nombre minimum de trois décalés l'un de l'autre de 120° comme le montre le schéma ci-dessous.

Lorsque les enroulements du stator sont alimentés par une source triphasé, ceux-ci produisent un champs magnétique tournant à la vitesse de synchronisme. La vitesse de synchronisme est fonction de la fréquence du réseau d'alimentation (50 Hz en Europe) et du nombre de paire de pôles.

ORGANISATION


ROTOR

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(à bagues)

Le moteur asynchrone à cage ne permet pas d’avoir simultanément un bon couple de démarrage et un courant de démarrage raisonnable,Il n’est donc utilisé que pour les petits moteurs et pour les gros moteurs n’ayant pas besoin de démarrer avec leur pleine charge


ORGANISATION

- D'une cage d'écureuil en aluminium coulé dont les barreaux sont de forme trapézoïdale pour les moteurs asynchrones standards et fermés latéralement par deux "flasques" conductrices.

ROTORLe rotor est la partie mobile du moteur asynchrone. Couplé mécaniquement à un treuil d'ascenseur par exemple, il va créer un couple moteur capable de fournir un travail de montée et de descente de la cabine d'ascenseur. Il se compose essentiellement :- D'un empilage de disques minces isolés entre eux et clavetés sur l'arbre du rotor afin de canaliser et de faciliter le passage du flux magnétique.

-De 3 enroulementsCouplés en etoile et leurs extremités sont soudées à 3 bagues sur les quelles vont frotter 3 balais.


ORGANISATION


ORGANISATION

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Bague(cuivre)

IsolantL’arbre

Fil


COUPLAGE• Alimentation triphaséeDistribution :3 phases 1,2,3 ou A,B,C ou R,S,T et un neutre N

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V : Tensions simples U : Tensions composées


COUPLAGE

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3

2sin2)(

3

2sin2)(

sin2)(

3

2

1

tVtv

tVtv

tVtv


COUPLAGE

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Relation entre U et V

U V 3


COUPLAGE

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Le couplage


Plaque signalétique:

Type: M8T1

Pu: 7KW

V(v) 127/220

I(A) 45/26

N/ 1450 tr/min

cosΦ=0.8


Réseau Moteur 127 V/230 V

Moteur 230 V / 400 V

Moteur 400 V/ 660 V

127 V/230V Etoile Triangle Aucun230 V / 400

V Aucun Etoile Triangle

400 V / 660 V Aucun Aucun Etoile

Le couplage La plus petite tension inscrite sur la plaque signalétique du moteur doit se retrouver aux bornes d'un enroulement. Suivant le réseau triphasé utilisé, le couplage sera en étoile ou en triangle.

Exemples :

REGLE: Si la petite tension du moteur (c'est à dire la tension max supportée par un enroulement du stator) est égale à la tension simple du réseau, le stator sera couplé en étoile , et si elle correspond à la tension composée du réseau, on couple le stator en triangle.


PLAQUE SIGNALITIQUE

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Plaque signalétique


La fréquence de synchronisme est 1500 tr/min ==> p =2 ==> g = (ns-n)/ns g= (1500 - 1427)/1500 = 4.9%

g = 4.9%

Plaque signalétique (suite) Si on travaille sur une installation de 400 V (tension entre phases), il faudra coupler le stator en étoile.

Si on travaille sur une installation de 230 V , il faudra coupler le stator en triangle.

Dans le cas d'un couplage triangle (Δ):U=230V Le courant de ligne est I = 57 A ; cosj= 0,88 Pa = U.I.√3.cos j = 230x57x√3.0,88 = 20kW.

Dans le cas d'un couplage étoile (Y): U = 400 V ; Le courant de ligne est I = 33 A ; cos j = 0,88 .

Pa = U.I.√3.cos j = 400x33x√3.0,88 = 20kW.Pa = 20 kW

Ce qui conduit à un rendement au point de fonctionnement nominal : h= Pu/Pa

17kW / 20 kW h= 0,85.

Et au même point de fonctionnement, le moment du couple utile Cu = Pu/ω =Pu/ (2πn/60) Cu = 17 000/(2.π 1427 /60)= 114 N.m

Cu = 114 N.m


avec,• ns = vitesse du champ tournant. • n = vitesse de rotation de l'arbre.

g = (ns - n) / ns 100 [%]

GlissementComme on l'a vu au niveau du principe de fonctionnement d'un moteur asynchrone, la vitesse de rotation de l'arbre du moteur n est différente de la vitesse de synchronisme

ns (vitesse du champ tournant).

la vitesse du glissement ng représente la différence de vitesse de rotation entre l'arbre du moteur et le champ tournant du stator; il s'exprime par la relation suivante:

Le glissement est généralement exprimé en pourcentage de la vitesse de synchronisme ns.

ng = ns - n

On appelle glissement: g = ( ns – n ) / ns

et fr = f g

Exemple: pour un moteur alimenté par un réseau f=50Hz et dont nN=1450 tr/min → g=0.03 ou g= 3% et fr=1.5Hz

Fréquence du courant rotorique, tout se passe pour le rotor comme s’il était fixe et que le champ statorique tourne par rapport à lui à la vitesse de glissement ng = g . ns. Le stator produit dans le rotor des courants induits à la pulsation : ωg = g . ωs soit à la fréquence fg=g.fs


BILAN ENERGETIQUE

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Pu

Pa

Pjs

Pfs

Pjr

Pmèc

STATOR

ROTO

R

Ptr= C ωs

C ω

Pa

Pu

Σ Pertes

Pa: puissance électrique absorbée, Pu: puissance utile mécanique, Ptr:puissance transmise au rotor, Pjs:pertes joules stator, Pfs:pertes dans le fer stator, Pjr:pertes joules rotor, Pméc:pertes mécaniques, C:couple électromagnétique, Cu: couple utile sur l’arbre

Σ Pertes

Cu ω


BILAN ENERGETIQUE

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Essai en charge : Cu = Pu / ω = Cr en régime permanent Pu

Pa

Pjs

Pfs

Pjr

Pmèc

Ptr= C ωs

C ω

Σ Pertes

Cu ω

Puissance absorbée : Pa =U.I.√3.cos ф (puissance électrique en W) Courant de ligne en (A), cos ф: facteur de puissance du moteurPertes par effet Joule statorique: Si Rs est la résistance d'un enroulement : dans ce cas il faut tenir compte du couplage du stator couplage en étoile : pjs = 3.Rs.I²couplage en triangle :pjs = 3.Rs.J² = Rs.I² ,(avec j=I/√3)

Si R’s est la résistance mesurée entre deux bornes de phases :Pjs = 3/2.R’s.I²

Pertes magnétiques (les pertes dans le fer du stator): pfs = Constante (ne dependent pas de la charge)

Puissance transmise au rotor : Ptr = Pa - pjs – pfsPertes par effet Joule rotorique :

pjr = c ωs- c ω = c (ωs – ω ) ωs/ωs =Ptr g → pjr =Ptr gPertes mécaniques : pméc= Constante (ne dependent pas de la charge)

Puissance utile : Pu = Cu .ω et aussi par Pu = Ptr - pjr - pméc

Rendement : η= Pu/ Pa

Essai à vide ( Cu = 0 et n ≈ ns) : on a alors pméc+ pfs= Pa0 - pjs0


MODELE

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STATOR

ROTOR

Transformateur

U2/U1 = N2/N1 =I1/I2= m

http://fr.wikipedia.org/wiki/Image:Transformateur_monophas%C3%A9.svg


MODELE

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Fonctionnement à rotor ouvert1 - à l’arrêt :

2 – en rotation :

U2 = m U1

U2 = m g U1

3 – au synchronisme :U2 = 0

g = 1

g = 0

m g U1 j gX2

m g U1 = I2 (R2 + jgX2)

Fonctionnement à rotor fermé

R2, résistanceX2’, réactance du rotorX2’= L2 x 2πf2

avec : f2=f1 x gX2’= L2 x 2πf1x gX2’= X2 x g


MODELE

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Le courant I2 = m g U1 / √ (R22 + X2’2)

au démarrage g = 1

après le démarrage g = 0.03

g=0.03 pour un moteur n= 1450 tr/min

Idémarrage >> Inormal

Idémarrage = de 4 à 8In Fonctionnement normal

Inominal

Idémarrage

Ià vide


MODELE

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Le Couple:Négligeant toutes les pertes , sauf les pertes joules rotorique,

Pjr = Ptr g Pjr = R2 I22

C = Ptr / ωs C = Pjr / gωs

C = R2 I22/ gωs

avec I2 = m g U1 / √ (R2

2 + X2’2)

C = R2 m2 g U12 / ωs (R2

2 + X2’2)

Cmax

CN

Cd

C/CN

C: couple électromagnétiqueCd: couple au démarrageCmax: couple maximumCN: couple nominale


Modélisation de la machine asynchrone

Rotor bloqué Les enroulements du stator sont en regard des enroulements du rotor sur un même circuit magnétique, comme pour un transformateur. Le modèle du transformateur est donc exploitable. La machine est triphasée, mais on considère le modèle pour un seul bobinage du stator et du rotor.

Notons que le paramètre Lm est beaucoup plus faible que pour un transformateur de puissance comparable à cause de l'entrefer de la machine asynchrone. Il y a nécessairement un jeu entre rotor et stator de quelques 1/10 de mm pour les machines de faible puissance (1kW) à quelques mm pour plus les grandes puissances (1MW).


Rotor tournant

La fréquence des variations de flux au rotor dépend du glissement fr = g.f Cette fréquence variable a un effet direct sur l'impédance liée à lf2 et sur l'amplitude du générateur de tension au rotor e2 = g.m.v1

L'utilisation du modèle est plus commode si les variables sont directement accessibles à l'extérieur de la machine (tension, courant et fréquence du stator) :

R doit mettre en jeu 1/3 de la puissance transmise et X doit produire le même déphasage entre V1 et i'1 que dans le modèle précédent. En identifiant : g.Ptr/3 = R2.I22 = R2.I'12 /m2 = g.R.I'12

Il faut: R = R2/gm2


Pour conserver la phase entre V1 et I'1 :g.X2/R2 = X/R = X.g.m2/R2 Il faut: X = X2/m2

En fonction de l'étude à mener il peut être intéressant de distinguer dans le modèle la puissance mécanique et les pertes Joule rotor. Alors R = R'+R'' (R' correspond à la puissance mécanique, R'' aux pertes Joule rotor).

Identifions les pertes Joule rotor:3.R''I'12 = 3.R2.I22 = 3.R2.I'12/ m2 et R'' = R2/ m2

R' = R - R'' = R2.(1-g)/g. m2 = R’


Caractéristique électromécanique

Le courant de démarrage (à g = 1) est très fort. Pour les fortes puissances il est parfois nécessaire d'utiliser un procédé de démarrage qui réduit cet appel de courant.

Expression du couple électromagnétique

g.Ptr = g.Cem. s = 3R2.I22 où I2 = g.m.V1 /(R22+g2. 2X 2)=(3.Cem m2. 1V 2/s).(g.R2) / (R22+g2. 2X 2) =Cette fonction présente des extremum pour g gm

( / )=(3. 2.dCem dg R m2. 1V 2/ s) . (R22 + g2.X22 - 2g2.X22 ) / (R22 + g2.X22 )2 = 0si g = gm et gm = R2/X2

Le couple maximum est: Cmax = (3.m2.V12/s) / (2.X2)

Caractéristique mécanique Le domaine d'usage permanent de la machine se situe ente Cn et Cem = 0.Le couple maximum Cmax est de l'ordre de 2,5 à 3,5Cn.La machine est réversible.


Δn

Charge nominale

à vide

courant

1 2 3 Zones:1,2 et3

Δn :faible

I ≤ IN

DANGER


Equation d’une droite: 2 points

à vide: n=ns , T=0

fonctionnement nominal:(donner par la plaque signalitique)n = nN , T= TN


Pour connaître le point de fonctionnement de l'ensemble composé du moteur et de la charge

entraînée, il faut connaître : • La courbe du couple utile du moteur en

fonction de sa vitesse. • La courbe du couple résistant de la machine

entraînée en fonction de la vitesse. Le point de fonctionnement du moteur en charge est défini par l'intersection de la

caractéristique mécanique du moteur et celle de sa charge.

Au moment du démarrage le couple moteur doit être supérieur au couple résistant Cd > Cr

Lorsque le couple moteur est supérieur au couple résistant, la vitesse de l'ensemble moteur-charge augmente jusqu'au point d'équilibre : dω/dt = (C –Cr)/J

(C,couple développé par le moteur. Cr, couple résistant de la charge. J, l’inertie. ω,vitesse angulaire. dω,accélération angulaire)

Remarque : Pour un rendement optimum, le moteur doit être choisi tel que son point de fonctionnement N s'approche au plus près de ces valeurs nominales.

POINT DE FONCTIONNEMENT

Cd

Cr


Régime de démarrage

Régime permanant

dω/dt = (T –Tr)/J

Tr


Le fonctionnement en génératrice du moteur asynchrone se produit lorsque la vitesse du rotor est supérieure à la vitesse du champ tournant généré par le courant triphasé du stator. Cette situation se produit dans les conditions de fonctionnement suivants : Dans une application de levage, lorsque la charge descend celle-ci entraine le moteur dans ce cas l'énergie mécanique est transformée en énergie électrique et renvoyée vers le réseau Dans la plupart des applications courantes , lorsque la rampe de décélération du variateur de fréquence est très courte la vitesse du champ tournant est inférieure à la vitesse de rotation du moteur dans ce cas aussi le moteur fonctionne en génératrice.

Le fonctionnement de la machine asynchrone en génératrice

Beaucoup de centrales éoliennes sont à base de génératrice asynchrones


DEMARRAGE

11/07/2007

Démarrage direct Ce type de démarrage est réservé aux moteurs de faible puissance devant celle du réseau, ne nécessitant pas une mise en vitesse progressive. L’appel de courant est important ( 4 à 8 fois le courant nominal ).

C = R2 m2 g U12 / ωs (R2

2 + X2’2) I2 = m g U1 / √ (R22 + X2’2)


DEMARRAGE

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La pointe de courant génère une chute de tension dans la ligne qui est limitée par la norme.Cette chute de tension peut détériorer les appareils raccordés sur la même ligne.Le problème du démarrage concerne donc essentiellement la limitation de la chute de tension à des valeurs admissibles par la norme.

L'étude des équations du moteur asynchrone montre qu'une diminution de I entraîne forcément

une diminution de C. I : Courant de ligne moteur C. : Couple sur l’arbre du moteur

Le compromis est donc: limiter le courant pendant le démarrage tout en conservant un couple moteur

suffisant pour assurer le démarrage. Pour ce faire, on peut agir sur deux facteurs influants (si le moteur est alimenté par le réseau à fréquence

industrielle):a)• la tension d'alimentation. b) • la résistance rotorique.

I2 = m g U1 / √ (R22 + X2’2) C = R2 m2 g U1

2 / ωs (R22 + X2’2)


DEMARRAGE

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Démarrage étoile - triangle Ce type de démarrage est réservé aux machines démarrant à vide ou dont le couple résistant est faible. L’intensité de démarrage est divisée par 3, mais le couple de démarrage aussi (proportionnel au carré de la tension d’alimentation des enroulements).


Démarrage statorique Ce type de démarrage a des caractéristiques comparables au démarrage étoile - triangle. Il n’y a pas de coupure de l’alimentation du moteur entre les deux temps de démarrage.

DEMARRAGE

Umoteur = Uréseau – Z I

Uréseau

Umoteur

Z


DEMARRAGE

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Le courant de démarrage est limité, sans que le couple soit réduit. Ce type de démarrage nécessite un moteur à bagues (rotor bobiné). avec :

Le couple ne dépend que du rapport R2/g.

Cmax et Cmin sont fixés par le cahier des charges, g2 et g3 sont déterminés sur la caractéristique " naturelle "

du moteur. Connaissant la valeur de la résistance du bobinage rotorique r, on détermine les valeurs des résistances de démarrage R et R’.

Démarrage rotorique


DEMARRAGE

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Les impulsions de commande envoyées vers les composants ont pour référence le passage à zéro de l'onde alternative.Tout comme les montages redresseurs à thyristors, on ménage un retard de commande variable à partir de cet instant.Il s'ensuit un "découpage" de l'onde sinusoïdale qui réduit la tension efficace appliquée à la charge.

Démarrage électronique:Par gradateur

Le gradateur est un montage qui permet de faire varier la valeur de la tension efficace aux bornes d'une charge telle qu'un moteur sans changer la fréquence de l'onde alternative de la source.

la forme de la tension appliquée à la charge est très riche en harmoniques et génère des échauffements supplémentaires dans celle-ci.De plus, la commutation des composants ayant lieu directement sur le secteur, de nombreuses perturbations peuvent être engendrées sur le réseau.


La cage externe est plus " résistive " (laiton), la cage interne présente une inductance plus élevée. Au démarrage, le moteur se comporte comme un transformateur : la fréquence des courants rotoriques est élevée (50Hz). Le courant circule essentiellement dans la cage externe, car l’impédance de la cage interne (L.w ) est plus élevée. Au fur et à mesure que la vitesse du moteur augmente, la fréquence des courants rotoriques diminue, le courant circule progressivement dans la cage interne.

DEMARRAGEConstructions spéciales Moteur à double cage


Moteur à encoches profondes Lors du démarrage, les courants rotoriques sont refoulés vers la périphérie des barres du rotor : la résistance " utile " du rotor est donc augmentée. La profondeur de pénétration du courant dans les barres est donnée par la relation :

avec :

Différentes sections de barres rotoriques utilisées:

Moteur à cage résistante Le courant de démarrage est limité, sans que le couple soit diminué.

DEMARRAGE


Freinage par contre - courant

FREINAGE

Lors du freinage, il y a ouverture de KM1 puis fermeture de KM2 : le moteur est alimenté par un champ statorique inverse. Les pointes de courant sont très importantes et il est conseillé d’insérer un jeu de résistances pour limiter ce courant. KM2 doit s’ouvrir dès l’arrêt du moteur, pour éviter un redémarrage en sens inverse : il est donc nécessaire de prévoir un capteur détectant l’absence de rotation (capteur centrifuge).


FREINAGEFreinage par injection de courant continu

Au moment du freinage, KM1 s’ouvre puis KM2 se ferme. Un courant continu est envoyé dans le stator. Le moteur se comporte comme un alternateur dont l’inducteur est constitué par le stator, l’induit par le rotor en court - circuit.


FREINAGEMoteur frein

Le moteur est muni d’un frein électromagnétique à disque monté du côté opposé à l’arbre de sortie. En l’absence de courant (ouverture de KM1 ou coupure du réseau), un ressort de rappel permet d’assurer le freinage. C’est un élément important de sécurité, en particulier dans les applications de levage.


Réglage de la vitesse de rotationLa pulsation du rotor d'un moteur asynchrone est :

g : glissementp : nombre de paires de pôles : pulsation du rotor (en rd/s) s : pulsation de synchronisme(en rd/s)f : fréquence de la tension (Hz) : pulsation de la tension (rd/s)

Le réglage de la vitesse de rotation du moteur peut donc être obtenu par :

Action sur le nombre de paires de pôles machines à bobinage primaire unique (couplage d'enroulements du type Dahlander) machines à plusieurs bobinages primaires (machines à enroulements séparés) Action sur la fréquence de la tension d'alimentation statorique convertisseurs de fréquence électromécaniques (gros alternateur pilotant plusieurs moteurs asynchrones tournant à la même vitesse) convertisseurs statiques (onduleurs de courant, de tension, M.L.I, contrôle vectoriel de flux, cycloconvertisseurs) Action sur le glissement action sur la tension d'alimentation statorique (autotransformateur, gradateur) rhéostat de glissement au rotor cascade de récupération (cascade hyposynchrone)


Couplage d'enroulements (moteur de type Dahlander) Principe : ce type de moteur possède 2 bobinages distincts par phase, qui peuvent être couplés en série (4 pôles) ou en parallèle (2 pôles).

La vitesse de synchronisme varie donc dans le rapport 2 et la grande vitesse correspond au couplage parallèle

Action sur le nombre de paires de pôles

Action sur le glissement Gradateur L' action se fait sur la tension statorique.

Du fait de sa faible plage de variation de vitesse sur moteur à cage standard, le gradateur statorique est surtout utilisé comme procédé de démarrage sur des machines dont le couple résistant est de type parabolique


Action sur la fréquence de la tension statorique

Le convertisseur statique de type " onduleur " permet un fonctionnement du moteur avec un couple maximal, par action simultanée sur la fréquence et sur l'amplitude de la tension statorique, avec conservation du rapport U/f


Action sur la fréquence de la tension statorique (suite)

Convertisseur de fréquence électromécanique

Ce procédé, robuste et fiable est néanmoins lourd, encombrant et onéreux. Il est utilisé principalement pour piloter un grand nombre de moteurs asynchrones à réguler simultanément (laminoirs).

Le réglage de la vitesse du moteur à courant continu permet de fixer la fréquence de la tension de sortie de l'alternateur. L'amplitude de cette tension est ajustée par le circuit d'excitation de l'alternateur.

Moteur Asynchrone

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