Um = Ueff 2 Ucomp = Usim 3

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1 COURS TSI : CI-3 CORRIGÉ E2 : STRUCTURE ET FONCTIONNEMENT D'UN MOTEUR ASYNCHRONE page 1 / 6 1 PRÉSENTATION 3 SYMBOLE 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 la majorité des équipements suivants : machines-outils, monte-charges, tapis-roulants, compresseurs de réfrigirateurs et congélateurs, machines à laver... Le moteur asynchrone est utilisé quand on dispose d'une source d'alimentation alternative (réseau EDF triphasé ou monophasé). Il est robuste et d'un entretien limité (pas de contact glissants). Ce qui réduit l'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 M 3 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 phases et le neutre est appelée tension simple (230V efficace) alors que la tension entre deux phases est appelée tension composée (400V). Les 3 tensions sinusoïdales de fréquence 50 Hz sont déphasées de 120 (2π/3) les unes par rapport aux autres. 2 IDENTIFICATION DE LA FONCTION TECHNIQUE RÉALISÉE Les MAS réalisent la fonction CONVERTIR de la chaîne d'énergie : Grandeurs physiques à acquérir Chaîne d'information ACQUERIR TRAITER COMMUNIQUER Consignes Ordres ALIMENTER DISTRIBUER CONVERTIR TRANSMETTRE ACTION Energie d'entrée Chaîne d'énergie Puissance électrique La puissance absorbée est de type électrique : Courant (I) et tension (U) alternatifs. Puissance mécanique La puissance utilisable est de type mécanique (rotation) caractérisée par : Le couple utile (Cu) et la vitesse de rotation (Ω) 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 : Um = Ueff 2 Ucomp = Usim 3

2 COURS TSI : CI-3 CORRIGÉ E2 : STRUCTURE ET FONCTIONNEMENT D'UN MOTEUR ASYNCHRONE page 2 / 6 5 FONCTIONNEMENT D'UN MOTEUR ASYNCHRONE 5.1 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT 5.2 DÉFINITIONS / RELATIONS VITESSE Elle s'exprime soit en tours par minute (notée N en tr/min) soit en radians par seconde (notée Ω en rd/s) : Ω = N 2 π VITESSE DE SYNCHRONISIME (ROTATION DU CHAMP TOURNANT) C'est la vitesse de rotation du champ tournant qui entraîne le rotor : = 60 p f : vitesse de synchronisme en tr/min f : fréquence du réseau d'alimentation en Hz p : nombre de paires de pôles par phase Donc, pour un moteur asynchrone la variation de la vitesse dépend : De la fréquence du réseau d'alimentation (modifiable à l'aide d'un variateur) Du nombre de paires de pôles Trois bobines identiques sont disposés aux trois sommets d'un triangle équilatéral (stator). Une masse métallique (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) décalés électriquement, le stator produit un champ magnétique tournant à la fréquence de synchronisme. Le rotor subit l influence du champ tournant. Ce champ tournant induit dans le métal du rotor un courant électrique de très forte intensité. Le courant électrique induit un champ magnétique opposé au champ tournant. Le rotor devenu magnétique va suivre le champ tournant mais il va tourner à une fréquence légèrement inférieure à la fréquence de synchronisme d'où le nom de moteur asynchrone. Cette différence de vitesse s'appelle le glissement. Le rotor ne peut pas tourner à la même vitesse que le champ magnétique, sinon la cage ne serait plus balayée par le champ tournant et il y aurait disparition des courants induits et donc des forces de Laplace et du couple moteur GLISSEMENT g Le glissement exprime la différence entre la vitesse de synchronisme et la vitesse réelle du rotor g = - N 5.3 BILAN DES PUISSANCES / RENDEMENT PUISSANCE UTILE Pu g : glissement en % : vitesse de synchronisme en tr/min N : vitesse de rotation du rotor en tr/min C'est la puissance mécanique produite par le moteur pour entraîner la charge : L'inversion du sens de rotation du rotor s'obtient en inversant le sens du champ tournant : Il suffit d'intervertir deux des trois phases d'alimentation. Pu = Cu Ω Pu : puissance utile en W Cu : couple utile en N.m Ω : vitesse angulaire en rd/s

3 COURS TSI : CI-3 CORRIGÉ E2 : STRUCTURE ET FONCTIONNEMENT D'UN MOTEUR ASYNCHRONE page 3 / PUISSANCE ABSBORBÉE PAR LE MOTEUR Pa Pa = U I RENDEMENT η Pu η = = Pa 3 cos ϕ Cu Ω U I 3 cos ϕ Pa : puissance absorbée en W U : tension entre phases en V I : intensité par phase en A ϕ : déphasage entre courant et tension INTERPRÉTATION Le couple fourni par au démarrage est plus fort que le couple nominal (2 à 3 x) En fonctionnement normal : la vitesse diminue si le couple résistant augmente Dans un engin de levage, lors de la descente de la charge, celle-ci peut entraîner le moteur au-delà de sa vitesse de synchronisme.(fonctionnement hypersynchrone). Le moteur fonctionne alors e ngénératrice asynchrone débitant sur le réseau d'alimentation. Couple (Nm) Cm 5.4 COURBES CARACTÉRISTIQUES COUPLE UTILE EN FONCTION DE LA VITESSE 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 magnétique équivalent à deux champs tournant en sens inverse : Cd Cn 0 Nn Ng N (tr/min) Identification des points caractéristiques du fonctionnement : Cm : couple maximal Cd : couple de démarrage Cn : couple nominal Nn : vitesse nominale : vitesse de synchronisme Ng : vitesse nominale en génératrice Cette propriété est utilisée dans les moteurs asynchrones monophasés. Cependant, si aucun dispositif suplémentaire 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 sens de rotation. Il est pourvu d'un enroulement auxiliaire mis en série avec un condensateur. Cet enroulement est donc parcouru par un courant déphasé par rapport à celui qui parcourt l'enroulement principal. il suffit d'inverser l'enroulement auxiliaire pour que le moteur tourne dans l'autre sens.

4 COURS TSI : CI-3 CORRIGÉ E2 : STRUCTURE ET FONCTIONNEMENT D'UN MOTEUR ASYNCHRONE page 4 / 6 7 APPLICATIONS 7.1 IDENTIFICATION DES CARACTÉRISTIQUES TECHNIQUES D'UN MOTEUR ASYNCHRONE À PARTIR DE SA PLAQUE SIGNALÉTIQUE Calculer la fréquence de synchronisme : = 60 p f = = 1500 tr/min Calculer la valeur du glissement g : - N g = = = 0,06 = 6 % CALCUL DE LA PUISSANCE D'ENTRÉE Calculer de deux façons différentes, la puissance Pa absorbée par le moteur : Pa = U I 3 cos ϕ = 400 4, 3 3 0, 82 = 2440 W IDENTIFICATION DES CARACTÉRISTIQUES PRINCIPALES Relever les informations portées sur la plaque signalétique : Puissance utile, Pu = Vitesse de rotation, N = rendement, η = 79 % 1,8 kw coéfficient de déphasage, cos ϕ = 1410 tr/min 0, CALCUL DU GLISSEMENT Le moteur est équipé de 2 paires de pôles. Relever la fréquence de fonctionnement du réseau d'alimentation f : 50 Hz Pa Pu = = 1800 η 0,79 = 2278 W 7.2 CALCUL DE LA VITESSE DE ROTATION D'UN MOTEUR Un moteur asynchrone possédant deux pôles est alimenté en courant alternatif 50 Hz Calculer la fréquence de synchronisme : = 60 f = = 3000 tr/min p 1 Calculer sa vitesse de rotation N si le glissement est de 5% : g = - N N = (1 - g ) = 3000 (1-0,05) = 2850 tr/min

5 COURS TSI : CI-8 I5 : COMMANDE DE LA CHAÎNE D'ÉNERGIE page 5 / 6 8 COMMANDE DE DÉMARRAGE D'UN MOTEUR ASYNCHRONE TRIPHASÉ 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 pouvoir assurer 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 doivent être protégés contre les surcharges pouvant intervenir sur l'arbre moteur. - PROTECTION CONTRE LES COURTS-CIRCUITS : le circuit d'alimentation et le moteur doivent 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 CIRCUIT DE PUISSANCE Constituant Symbole Description Disjoncteur Protège les personnes contre les contatcs indirects. 8.3 IDENTIFICATION ET SYMBOLISATION DES CONSTITUANTS DU CIRCUIT DE COMMANDE Constituant Symbole Description transformateur Boutonspoussoirs Contact du relais thermique Contact de précoupure Bobine de contacteur Abaisse la tension utilisée pour que celle-ci soit conforme au niveau de sécurité défini par la norme et réalise l'isolation électrique entre les circuits 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 coupe l'alimentation des bobines de contacteur lorsque le relais thermique a détecté un défaut. Les contacts auxiliaires permettent de couper le circuit de commande des contacteurs avant l'ouverture des pôles du sectionneur ce qui évite la coupure en charge. De même à la mise sous tension, le circuit de commande n'est fermé qu'après la fermeture des pôles du Permet la commande à distance des pôles principaux (contacteurs de puissance) KM1 et KM2. Sectionneur Pôles principaux (contacteur) Relais thermique Verouillage mécanique Isole en toute sécurité le montage comme par exemple lors d'un changement du moteur. Il intègre des fusibles qui provoquent la coupure immédiate du circuit dans le cas d'un court-circuit. Cet élément 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 cet élément ne dispose d'aucun pouvoir de coupure. Empêche la fermeture simultanée des pôles principaux des contacteurs KM1 et KM DESCRIPTION DU FONCTIONNEMENT DU MONTAGE - ÉQUATIONS DE COMMANDE DE MARCHE DU MOTEUR (KM1 ET KM2) Les pôles principaux (contacteurs) KM1 et KM2 permettent de commander le moteur dans les deux sens. L'alimentation de la bobine de contacteur KM1 est obtenue par appui sur S2, l'alimentation de KM2 par appui sur S3. Les contacts auxiliaires à fermeture KM1 et KM2 permettent de mémoriser l'appui sur les boutons-poussoirs (contact d'auto-maintien). Les contacts auxiliaires à ouverture KM1 et KM2 réalisent un vérrouillage électrique : les deux bobines ne peuvent pas être alimentées simultanément. KM1 = F2. AU. S1. (S2 + KM1). KM2 KM2 = F2. AU. S1. (S3 + KM2). KM1

6 COURS TSI : CI-8 I5 : COMMANDE DE LA CHAÎNE D'ÉNERGIE page 6 / CIRCUITS ÉLECTRIQUES DE PUISSANCE ET DE COMMANDE

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