Le moteur asynchrone - Physique-appliquee.net

Moteur asynchrone triphasé 1. Constitution et principe de fonctionnement Stator
Il est constitué de trois enroulements (bobines) parcourus par des courants
alternatifs triphasés et possède p paires de pôles. Champ tournant
Les courants alternatifs dans le stator créent un champ magnétique tournant
à la vitesse de synchronisme :
|[pic] |nS : vitesse synchrone de rotation du champ tournant |
| |en trs.s-1. |
| |f : pulsation des courants alternatifs en rad.s-1. |
| |? = 2.?.f |
| |p : nombre de paires de pôles. |
Rotor
Le rotor n'est relié à aucune alimentation. Il est constitué d'une masse
métallique dont de l'aluminium pour l'alléger. On parle souvent de rotor à
cage d'écureuil. On dit aussi qu'il est en court-circuit. Il tourne à la vitesse de rotation n < ns Entrefer
L'entrefer est l'espace entre le stator et le rotor. Glissement
Le rotor tourne à la vitesse n plus petite que la vitesse de synchronisme
ns.
On dit que le rotor « glisse » par rapport au champ tournant.
Ce glissement g va dépendre de la charge. |[pic] |ns : vitesse de rotation de synchronisme du champ |
| |tournant (tr.s-1). |
| |n : vitesse de rotation du rotor (trs.s-1). |
| |?S = 2?nS (rad.s-1) et ? = |
| |2?n (rad.s-1) | |Symboles |[pic] |
2. Caractéristiques 2.1. Fonctionnement à vide A vide le moteur n'entraîne pas de charge.
Conséquence : le glissement est nul est le moteur tourne à la vitesse de
synchronisme.
A vide : [pic] et donc [pic]
2.2. Fonctionnement en charge
Le moteur fournit maintenant de la puissance active, le stator appelle un
courant actif.
Remarque : le moteur asynchrone est capable de démarrer en charge.
2.3. Caractéristique mécanique Tu = f(n) [pic] 2.4. Modélisation de la partie utile de la courbe
On veut déterminer l'équation de la droite qui modélise la partie utile de
la caractéristique mécanique.
Il faut deux points : - 1er point évident : [pic]
- 2e point : il faut un essai de la machine [pic]
Equation d'une droite : [pic] soit [pic]
Coefficient directeur (pente) : [pic] soit [pic]
(a(est grand (droite presque verticale) et a est négatif.
Ordonnée à l'origine : point A1 [pic] soit [pic]
On peut écrire : [pic]
Remarque : le point A2 peut aussi être fourni par les informations figurant
sur la plaque signalétique de la machine (couple nominal Tn et vitesse
nominale nn). 2.5. Caractéristique mécanique en fonction du glissement Changement d'axe
|L'axe en n et l'axe en g sont |[pic] |
|inversés. | |
| | |
|D'où la même caractéristique avec |[pic] |
|l'axe en g. | |
| | |
|Cette fois ci le modèle est une | |
|droite passant par l'origine, donc | |
|d'équation : | |
| | |
|[pic] soit [pic] | | Finalement :
Au voisinage du point de fonctionnement nominal, le couple utile est
proportionnel au glissement. |[pic] |k est une constante de proportionnalité (coefficient |
| |directeur) en N.m. | Relation entre a et k
Au paragraphe 3.4, nous avons vu que : [pic] avec [pic]
Ce qui donne : [pic]
En remarquant que : [pic] soit [pic]
On obtient : [pic] avec [pic] 2.6. Résumé des caractéristiques . A vide, le courant est non négligeable, mais la puissance absorbée est
surtout réactive (Q) ;
. le couple et le courant de démarrage sont importants ;
. l'intensité du courant absorbée augmente avec le glissement ;
. la machine asynchrone peut démarrer en charge. On retiendra que : |. la vitesse du champ tournant est : [pic] (f la fréquence du courant |
|et p le nombre de paires de pôles) ; |
|. le glissement représente la différence de vitesse entre le champ et |
|le rotor : [pic] ; |
|. à vide [pic]et [pic] ; |
|. quelle que soit la charge la vitesse de rotation varie très peu (n ( |
|nS) ; |
|. en fonctionnement nominal le moment du couple utile est proportionnel|
|au glissement [pic] | 3. Bilan des puissances [pic] |Puissance électrique|[pic] |U : tension entre deux bornes du |
|absorbée | |moteur |
| | |I : courant en ligne |
|Pertes par effet |[pic] |R : résistance entre deux bornes du |
|joule au stator | |stator |
|Puissance transmise |[pic] |C'est la puissance que reçoit le |
|: Ptr | |rotor. |
|Moment du couple |Les forces qui s'exercent sur les conducteurs du |
|électromagnétique : |rotor tournent à la vitesse ?S : elles glissent sur |
|Tem |le rotor qui, lui, ne tourne qu'à la vitesse ?. |
| |L'action de l'ensemble des forces électromagnétiques|
| |se réduit à un couple électromagnétique résultant de|
| |moment Tem. |
| |[pic] |Tem (N.m) ; Ptr (W) ; ?S (rad.s-1) |
|Puissance mécanique |Le couple électromagnétique de moment Tem entraîne |
|totale : PM |le rotor à la vitesse ?. Il lui communique donc la |
| |puissance mécanique totale PM. |
| |[pic] soit [pic] |
| |[pic] |Cette puissance comprend la |
| | |puissance utile et les pertes |
| | |mécaniques. |
|Pertes fer au rotor |Ces pertes sont négligeables |
|: pfr | |
|Pertes joules au |[pic] |
|rotor | |
| |[pic] |Les pertes fer du rotor sont |
| | |négligeables. |
|Pertes collectives :|[pic] |Ces pertes ne dépendent que de U, f |
|pc | |et n. Comme ces grandeurs sont |
| | |généralement constantes, les pertes |
| | |fer au stator et les pertes |
| | |mécaniques le sont aussi. |
|Couple de perte : |[pic] |Le couple de perte est une grandeur |
| | |constante quelle que soit la |
| | |vitesse et la charge de la machine |
|Autres : |[pic] |
|Bilan complet : |[pic] | Bilan des puissances à vide A vide : [pic] et [pic]
[pic] et [pic] (car I0 est faible)
[pic]
|Bilan à vide : |[pic] |Un essai à vide permettra de |
| | |déterminer les pertes collectives. |
4. Point de fonctionnement du moteur en charge |C'est le point d'intersection des |[pic] |
|caractéristiques T = f(n) du moteur et | |
|de la charge. | |
| | |
|Tu : couple utile du moteur | |
|Tr : couple résistant de la charge | |
| | |
|La courbe du couple résistant dépend de| |
|la charge. | | Méthode de résolution graphique Tracer à l'échelle sur du papier millimétré les deux caractéristiques et
relever les coordonnées du point d'intersection. Méthode de résolution par le calcul Il faut résoudre : [pic] |Exemple |cas d'une charge ayant un couple résistant proportionnel au |
|: |carré de la vitesse : [pic] |
| |Le couple utile du moteur est : [pic] |
| |[pic] ( [pic] ( [pic] |
| |Finalement, il faut résoudre une équation du second degré. Une|
| |solution sur les deux trouvées sera la bonne (une des |
| |solutions n'aura pas de signification physique). | 5. Plaque signalétique |Exemple d'une plaque signalétique d'un |[pic] |
|moteur asynchrone : | |
| | |