N.L.Technique FONCTION CONVERTIR : MOTEUR ASYNCHRONE S.CHARI

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1 I. Description Le moteur asynchrone est constitué de deux parties distinctes : le stator et le rotor. I.. Stator (partie fixe du moteur) I... Présentation Il est identique à celui des machines synchrones, c est à dire constitué de enroulements formés de conducteurs logés dans des encoches. Ces enroulements sont parcourus par des courants triphasés, d où la création d un champ magnétique tournant à la fréquence n = f / p et à la vitesse Ω = ω / p I... Couplage sur le réseau Sur la plaque signalétique d un moteur asynchrone, il apparaît une indication concernant les tensions (ex : 7 V / V). Cela signifie que, quelque soit le réseau, chaque enroulement doit être soumis, au régime nominal, à la tension correspondant à la valeur indiquée la plus faible (ici 7V). En fonction du réseau, il faudra donc réaliser le couplage adapté. Exemple : Indication sur la plaque signalétique : V / V Chaque enroulement doit donc être soumis à V. I... Schéma de branchement Les moteurs triphasés possèdent enroulements qui sont reliés à bornes repérées U, V, W et U, V, W ; le positionnement de trois barrettes permet d'alimenter le moteur sous deux tensions différentes I.. Rotor (partie mobile du moteur) Le rotor n'est relié à aucune alimentation. Il tourne à la vitesse de rotation n'. Il existe possibilités : I... Rotor à cage d'écureuil Il porte un ensemble de barres conductrices, très souvent en aluminium, logées dans un empilement de tôles. Les extrémités des barres sont réunies par deux couronnes conductrices. Remarque : Le rotor en cage d écureuil présente une résistance très faible : on dit qu il est court-circuité. I... Rotor bobiné Le rotor comporte des encoches dans lesquelles sont logés des conducteurs formant un enroulement triphasé. Les enroulements sont généralement accessibles par l intermédiaire de bagues et de balais, permettant ainsi de modifier les caractéristiques de la machine. Remarque : Le rotor présente des résistances non négligeables, d où l apparition de pertes par effet Joule dans le rotor P jr SI - Convertir Machine asynchrone page / Classe : STE

2 I.. Fonctionnement Le stator crée au niveau de l entrefer un champ magnétique tournant à la vitesse Ω = ω / p (vitesse de synchronisme) et à la fréquence n = f/p. Le rotor, soumis à ce champ tournant, génère des courants induits qui, conformément à la loi de Lenz, s opposent à cette rotation en entraînant la rotation du rotor dans le même sens, à la vitesse Ω (à la fréquence n ). Remarque : En charge, cette vitesse Ω est toujours légèrement inférieure à Ω. II. Glissement g = n n n = Ω Ω Ω n : vitesse de rotation de synchronisme du champ tournant (tr/s) n : vitesse de rotation du rotor (tr/s) n g : vitesse de glissement (tr/s) n g = n n soit : n = ( g ) n n = g = n = n g = III. Fréquence des courants induits Le rotor voit un champ statorique tournant à la fréquence de glissement n g = g n. Soit : f g = g f = f r IV. Bilan des puissances - Puissance absorbée: P = U I cos ϕ S = U I Q = U I sin ϕ - Puissance transmise au rotor : Cette puissance est transmise au rotor par le couple électromagnétique P tr = P P fs - P js = C e Ω avec C e : moment du couple électromagnétique en Nm. Ω : vitesse angulaire synchronisme (.π.n) en rad / s. - Puissance sur le rotor: P r = P tr P jr = C e Ω C e : moment du couple en Nm. Ω : vitesse angulaire rotor (.π.n ) en rad/s. - Puissance Utile: P U = C U Ω avec P U = P - Pertes. - Pertes Joule Stator: Si r est la résistance d une phase du stator : P Js = ri pour le couplage étoile P Js = rj pour le couplage triangle Si R est la résistance entre phase du stator couplé et I l intensité en ligne alors : P js = (/) RI - Pertes Joule Rotor: P jr = g P tr P tr : puissance transmise au rotor g: glissement. V. Rendement P U C U Ω P P js P fs P jr - P η = = = m P U I cos ϕ P SI - Convertir Machine asynchrone page / Classe : STE

3 VI. Caractéristiques VI.. 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: g = et donc n = n et la puissance absorbée P = P mec + P fs + P js VI.. Fonctionnement en charge Le moteur est maintenant chargé, c'est-à-dire que l arbre de ce dernier entraîne une charge résistante qui s oppose au mouvement du rotor. En régime permanent, ou régime établi : C u = C r VI.. Caractéristique mécanique C U = f (n ) Le point de fonctionnement se trouve sur l intersection de la caractéristique mécanique du moteur et de la courbe qui caractérise le couple résistant de la charge. La caractéristique mécanique du moteur dans sa partie utile est un segment de droite. Pour la tracer, il suffit de deux points. Le premier est généralement donné par l étude d un cas précis, le second se déduit de l essai à vide. Dans cet essai, le couple utile est nul, il est associé à une fréquence de rotation considérée comme égale à la fréquence de synchronisme. C u (Nm) Le point de fonctionnement (C u ; n ) permet de calculer très facilement le glissement et la puissance utile dans ce cas bien précis. VII. Problème posé par le démarrage des moteurs asynchrones triphasés Lors de la mise sous tension d'un moteur, l'appel de courant Id sur le réseau est souvent important ( à 8In). Cette forte intensité peut provoquer des chutes de tension en ligne. C est le cas du démarrage direct. Cu n' n C r (Nm) n' (tr/s) Le démarrage direct est utilisé lorsque le courant à la mise sous tension ne perturbe pas le réseau (chutes de tension dans les câbles). VII.. Démarrage étoile-triangle: VII... Principe SI - Convertir Machine asynchrone page / Classe : STE

4 Ce démarrage consiste à coupler le stator en étoile pendant le démarrage, puis à rétablir le couplage en triangle Première étape : on démarre en étoile, chaque enroulement reçoit une tension fois inférieure à sa tension nominale. Conséquence : l intensité absorbée est divisée par. Seconde étape : à secondes après, on bascule en triangle puis on y reste. Inconvénient : le couple au démarrage est également divisé par! Conséquence: Ce procédé n'est possible que si le moteur a été conçu pour fonctionner en triangle sous la tension composée du réseau. Ce démarrage convient aux machines de moyenne puissance (P<KW) démarrant de préférence à vide ou à faible couple résistant : ventilateurs, machines-outils... VII... Schéma d un démarreur étoile / triangle Circuit de commande Circuit de puissance S Q F 9 F 9 S KM KM KM A A KM 8 7 A Q KM U V W M W U V KM F Ordre de marche KM Temporisation KM Ouverture de KM KM Ordre d arrêt A A KM A KM Réduction de courant de ligne dans le rapport. Réduction du couple dans le rapport. Les bilames de F mesurent le courant J et pas le courant de ligne I. On règle donc le thermique à In/. SI - Convertir Machine asynchrone page / Classe : STE

5 VII.. Démarrage par gradateur de tension (démarreur électronique): VII... Principe Le démarrage rotorique a l'avantage, si les résistances sont bien choisit, de démarrer avec le couple maximal du moteur pour un courant de démarrage relativement faible. La tension du réseau d alimentation est appliquée progressivement au stator du moteur. La variation de la tension statorique est obtenue par la variation continue de l angle α de retard à l amorçage des thyristors du gradateur. VII.. Démarrage rotorique VII... Principe Le démarrage rotorique consiste à insérer, dans un premier temps, des résistances en série avec l enroulement rotorique afin de limiter les courants rotoriques et ainsi réduire l appel d intensité. Dans un deuxième temps on court-circuite les enroulements rotoriques. Le démarrage est terminé. VII... Schéma d un démarreur rotorique Circuit de puissance Circuit de commande Q F U V W M K L M Rh S KM Q F 9 F 9 S A A A A 8 7 KM Ordre de marche Temporisation Ordre d arrêt KM Remarque : Ce type de démarrage est en voie de disparition, le meilleur choix économique étant le variateur électronique. VIII. Exemple de plaque signalétique Fréquence nominale Tension triangle IP LcL.F C V min Hz MOT. LS 8 L N 7 BJ kg tr/min kw Cos ϕ A Courant nominal en ligne triangle Tension étoile 8,7,8,9 : Vitesse nominale de rotation Puissance utile Courant nominal en ligne étoile SI - Convertir Machine asynchrone page / Classe : STE