Electricité 4 Moteur asynchrone triphasé. Principes du moteur asynchrone triphasé. MOTEUR ASYNCHRONE TRIPHASE.. Principe de base du moteur : rappel Champ magnétique (β) F = β I L Energie électrique (I) Energie mécanique (F) Règle des trois doigts Moteur de la main droite Un conducteur traversé par un courant I et soumis à une induction magnétique β est le siège d une force F qui tend à le mettre en mouvement..2. Production d un champ magnétique tournant : Le principe de fonctionnement des moteurs asynchrones repose sur la production d un champ tournant. Un aimant mis en rotation produit un champ magnétique tournant dans l espace. Ce procédé n est évidemment pas applicable tel quel au moteur asynchrone, puisqu il faudrait une énergie mécanique pour faire tourner l aimant. Sur les moteurs triphasés, le champ tournant est produit au stator par 3 enroulements fixes, décalés de 2 dans l espace et parcourus par des courants présentant le même déphasage électrique (courants triphasés 5OHz). L L 2 L 3 L L2 L3 Puisque les 3 phases L -L 2 -L 3 passent successivement par un maximum, un pôle Nord apparaît successivement à la bobine B puis à la bobine B 2, puis à B 3 etc Ce cycle se renouvelle 5 fois par seconde (réseau de fréquence 5 Hz). Au temps t de l oscillogramme, la phase L passe au maximum positif et les phases L 2 et L 3 sont négatives. Nous obtenons donc à cet instant un pôle Nord à la bobine B et deux petits Sud aux bobines B 2 et B 3. Sans rotation mécanique, nous générons au stator, un champ tournant dans l espace dont la est de 5 tours par seconde (3 tours par minute)..3. Mise en rotation du rotor : principe Le stator génère le champ tournant. Le rotor, constitué d un ensemble de conducteurs électriques, est placé au cœur du champ tournant. Au départ, le rotor est immobile et voit défiler devant lui le champ tournant statorique. Il est donc soumis à une variation de flux Δφ/Δt. Etant bon conducteur du courant électrique, il est le siège d une force électromotrice e = - Δφ/Δt et donc de courants induits appelés courants de Foucault i F = e/ R conducteurs.
Electricité 4 Moteur asynchrone triphasé 2 D après la loi de Lenz, ces courants vont s opposer à la cause qui leur a donné naissance c est-à-dire à la variation de flux. Le rotor se met en rotation pour essayer de rattraper le champ tournant et donc diminuer la variation de flux. 2. Technologie du moteur asynchrone triphasé. 2.. Moteur asynchrone à rotor en cage d écureuil : Le stator : C est la partie fixe du moteur. Il s agit d une carcasse constituée d un empilement de tôles d acier de qualité magnétique. Le stator supporte les enroulements. Ceux-ci sont connectés au réseau triphasé et produisent le champ tournant. Le rotor : C est la partie mobile du moteur. Il est constitué d un empilage de tôles d acier (pour minimiser les i F ) formant un cylindre. Des trous ou des encoches longitudinales sont ménagées dans la périphérie de ce cylindre. Tôle de stator Cage rotorique Tôle de rotor C est dans ces encoches que sont placés les conducteurs en cuivre ou injectés en aluminium. Aux 2 extrémités, ils sont court-circuités par une couronne. L ensemble présente l aspect d une cage d écureuil. Des ailettes de refroidissement sont prévues à une extrémité du rotor. Caractéristiques : Ce rotor est compact, peut être parfaitement équilibré par recylindrage ce qui lui confère une grande robustesse mécanique. D un point de vue électrique, le moteur à cage d écureuil présente un couple de démarrage assez faible ainsi qu un appel de courant au démarrage très élevé. Vu sa simplicité et sa robustesse, son coût d achat et son coût d entretien sont faibles. Les moteurs à rotor à cage de faible puissance peuvent la plupart du temps être employés en démarrage direct, mais ceux de moyenne et forte puissance nécessitent un dispositif réduisant le courant de démarrage.
Electricité 4 Moteur asynchrone triphasé 3 2.2. Moteur asynchrone à rotor bobiné : (moteur à bagues) Document Leroy-Somer R externes Au lieu de loger des conducteurs massifs dans les encoches du rotor, on y place un jeu d enroulements triphasé. Les enroulements sont court-circuités à une extrémité (couplage étoile). Les 3 extrémités libres sont raccordées à des résistances externes grâce à un triple jeu de bagues et de balais. Enroulements rotoriques Balais Bagues tournantes Caractéristiques : Ces résistances sont insérées au démarrage afin d augmenter la résistance de l enroulement et ainsi réduire fortement la pointe du courant de démarrage. Cette qualité est intéressante pour des moteurs puissants placés sur des réseaux relativement sensibles On constate également que l insertion de ces résistances augmente le couple de démarrage, ce qui est précieux lorsqu un moteur entraîne une charge dont le couple résistant de décollage est élevé. L insertion de plus ou moins de résistances rotoriques, permet de faire varier la du moteur dans une certaine mesure. Ce moteur possède donc toutes les qualités électriques. Par contre, les enroulements rotoriques ainsi que le système de bagues et balais le rendent plus vulnérable mécaniquement et plus cher aussi bien à l achat qu à l entretien. 3. Vitesse Glissement Courant de démarrage. 3.. Asynchronisme et glissement : Le glissement mesure la relative rotor/synchronisme par rapport à cette de synchronisme. g = (n s n r ) / n s n r = n s ( g) avec n s = synchronisme (champ tournant) n r = du rotor Si, par le principe de la loi de Lenz, le rotor rattrapait le champ tournant pour tourner à sa, leur relative serait nulle (glissement g = ) donc il n y aurait plus variation de flux et donc plus de couple moteur ce qui est impossible. C est pourquoi ce moteur s appelle asynchrone (qui n est pas synchrone). Ainsi le rotor tourne-t-il toujours moins vite que le champ tournant. On dit qu il y a glissement du rotor par rapport au champ tournant.
Electricité 4 Moteur asynchrone triphasé 4 3.2. Variation du glissement avec la charge : Si la charge (machine entraînée) appliquée au moteur augmente, le rotor va ralentir, le glissement augmente ainsi que la variation de flux. De ce fait, les courants induits au rotor et le couple moteur vont aussi augmenter et nous retrouverons une pour laquelle l équilibre sera rétabli entre le couple moteur et le couple résistant. Le glissement vaut en général de % à vide à 5% en charge. Pour un moteur dont N s = 3tr/min, la réelle du rotor varie de 297 à 285tr/min 3.3. Courant de démarrage : Au démarrage, le rotor étant encore immobile (glissement max g = ), les variations de flux sont maximales. Les courants induits au rotor ainsi que le courant absorbé par le stator au réseau (qui est son image) sont importants. Cette pointe de courant de démarrage vaut 5 à 7 fois le courant nominal (à charge normale maximum). Retenons pour un moteur à cage d écureuil : I d = 6 I N 3.4. Vitesse : La à vide des moteurs asynchrones n est pas influencée par les variations de tension, mais elle est proportionnelle à la fréquence et inversement proportionnelle au nombre de pôles par phase du stator (p). n (tr/s) = f (Hz) / p Nb pôles Nb total Nb total Vitesse Vitesse par phase pôles triphasés pôles monos tr/s tr/min 3 2 5 3 2 6 4 25 5 3 9 6 5/3 4 2 8 2,5 75 5 5 6 6 8 2 5/6 5 En pratique, même lorsqu il s agit d un moteur triphasé, on parle par habitude, du nombre de pôles monophasés. Il est plus logique de parler du nombre de «triplets» ou de «paires» de pôles 3.5. Inversion de sens de marche : En inversant 2 phases d alimentation du moteur, on inverse le champ tournant et donc le sens de rotation du moteur. 4. Puissance - Couple - Rendement. 4.. Fréquence des courants induits au rotor : Puisque le rotor tourne à la n r légèrement inférieure à celle du champ tournant n s, tout se passe comme si le rotor était fixe et que le champ statorique défilait à n s n r ( = g n s ). Donc la fréquence des courants induits est f rot = g f A l arrêt : g = => f r = f = 5 Hz A vide : g = % => f r = gf =,5 Hz
Electricité 4 Moteur asynchrone triphasé 5 4.2. Inventaire des pertes et schéma bloc d un moteur asynchrone : Il existe des pertes fers (par hystérésis et par courant de Foucault) ainsi que des pertes Joules (cuivre des enroulements), aussi bien au stator qu au rotor. Revoir les rappels à ce sujet. Nous considérons les pertes mécaniques (par ventilation et par frottement) comme indépendantes pour séparer le système mécanique de l électrique. Stator Rotor Pa PTr Pu élec mécanique Pu méca (ωs) (ωr) pjs pfs pjr pfr pm Comme la fréquence des courants induits du rotor est faible, nous pouvons négliger les pertes fer rotoriques pfr =. En effet le rotor tourne presque à la du champ tournant. PTr est la puissance transmise du stator au rotor par le couple électromagnétique du champ tournant dont la angulaire est ωs. C = PTr / ωs () Le rotor réagit en opposant un couple égal. Le rotor tourne à la angulaire ωr. D où C = Pu élec / ωr (2) La transmission de la puissance du rotor se fait avec une perte de (ωr < ωs) et une perte de puissance (Pu élec < PTr), mais à couple constant. Sachant que p jr = P Tr P u élec (voir schéma bloc) g = (n s n r )/n s = (ω s - ω r )/ω s (voir 3..) ()(2) => Nous obtenons : p jr = g P Tr (3) et C = p jr / g ω s (4) 4.3. Schéma équivalent et étude mathématique du couple, du courant et du cosϕ = f(glissement) : Le moteur asynchrone peut être assimilé à un transformateur dont le primaire (stator) est alimenté par une tension constante en grandeur qui crée un champ magnétique variable (champ tournant) et dont le secondaire (rotor) est court-circuité. Il faut tenir compte que le secondaire est alimenté à fréquence variable suivant la du rotor. Schéma équivalent : g X 2 R 2 E 2 g E 2 I 2 ge 2 R 2 I 2 gx 2 I 2 Au démarrage (ωr = et g = ), la fréquence est de 5 Hz. Appelons E 2 la tension secondaire à rotor calé (rapport de tension du transfo = ) X 2 la réactance inductive secondaire à rotor calé R 2 la résistance secondaire.
Electricité 4 Moteur asynchrone triphasé 6 En, la fréquence diminue (ωr => ωs et g => ). Donc la tension diminue avec la diminution de la variation de flux Δφ/Δt et la réactance diminue (X 2 = L 2 ω 2 ) I 2 = (5) Les pertes joules au rotor sont dues à R 2 p jr = R 2 I 2 2 (4) (6) (5)(6) (7) (8) Exemple : E 2 = 2V f = 5Hz (ω s =34 pour triplet pôles) X 2 = Ω R 2 =,2Ω Calculez et tracez les courbes de I 2 = f(g), C = f(g) et cosϕ 2 = f(g) pour les valeurs de g =,7,5,4,3,2,,6,3 Recommencez le même exercice pour R 2 =,4,6,8Ω Nous utiliserons ces courbes notamment dans l étude du démarrage et du réglage de des moteurs asynchrones à bagues, dans lesquels on insère volontairement des résistances rotoriques supplémentaires pour faire varier R 2. 4.4. Rendement : Reprenons le schéma bloc du 3.. avec (5) p jr = g P Tr et P Tr = (P a p js p fs ) (9) (-g) est appelé le rendement électrique du rotor. C est la formule appliquée à partir des essais de laboratoire g = glissement mesuré au tachymètre p js = 3.R.I 2 /2 = pertes joules statoriques p fs et p m sont déterminées à partir d un essai à vide = P a() p js() P a = Puissance absorbée par le moteur (Wattmètre)
Electricité 4 Moteur asynchrone triphasé 7 5. Démarrage des moteurs asynchrones triphasés. 5.. Introduction : Lors de la mise sous tension d un moteur, l appel de courant au réseau est important. Suivant la longueur et la section de la ligne d alimentation, ce courant provoque des chutes de tension telles qu elles sont perceptibles au niveau de l éclairage, des ordinateurs, des télévisons etc Il est même possible que la tension descende momentanément sous le seuil de maintien des contacteurs et déclenche certains de ceux-ci. Pour remédier à ces inconvénients, les distributeurs d électricité limitent la puissance des moteurs asynchrones à démarrage direct et imposent ainsi un système de démarrage approprié. Ces différents types de démarrages reviennent presque toujours à diminuer la tension aux bornes du stator, ce qui entraîne une réduction de la pointe d intensité I D sur le secteur d alimentation, mais aussi une réduction importante du couple de démarrage C D. Le courant de démarrage I D est proportionnel au courant de ligne I L, tandis que le couple moteur est proportionnel au carré du courant de phase : C P/ω donc C RI Ph 2. 5.2. Démarrage direct : Le moteur est directement couplé au réseau par un contacteur ou un disjoncteur. Son démarrage entraîne une forte pointe d intensité I D = ± 6 I N. Dans le cas où cette pointe est acceptable pour le réseau, c est le procédé idéal car le puissant couple de démarrage C D = ±,5 C N convient à la mise en route de presque toutes les machines, même à pleine charge. Le démarrage direct convient donc pour les machines de petite puissance et de moyenne puissance si le réseau le permet. Du fait de sa «brutalité», il est déconseillé pour l entraînement de monte-charge, tapis transporteur, centrifugeuse etc. 7 Intensité (xi N ) 2,5 Couple (xc N ) 6 5 2 Couple moteur 4,5 3 2,5 Couple accélérateur Couple résistant de la charge,25,5,75,25,5,75
Electricité 4 Moteur asynchrone triphasé 8 5.3. Démarrage étoile-triangle : Ce type de démarrage ne peut s appliquer qu aux moteurs couplés normalement en triangle sur le réseau considéré. Par exemple, sur un réseau 4V, il faut un moteur 4Δ / 66. En démarrant le moteur en couplage étoile, la tension à ses bornes est réduite par réduit la pointe de courant et le couple par 3. Montrons cela par un exemple numérique :, ce qui Démarrage étoile : Fonctionnement normal en triangle : I L = I Ph = 23/ = 2,3A I Ph Δ = 4/ = 4A I L Δ = I Ph = 6,9A I L I Ph I L Δ I Ph Δ 4V 23V Z= Ω 4V Z=Ω Réduction de la pointe de courant : I L Δ / I L = 6,9 / 2,3 = 3 Réduction du couple moteur : CΔ / C = (I Ph Δ) 2 / (I Ph ) 2 = (4 / 2,3) 2 = 3 Ces rapports de réduction ne sont pas réglables et conviennent bien aux machines démarrant à vide ou à faible couple (machines centrifuges telles que pompes, ventilateurs, machines outils). 7 Intensité (xi N ) 2,5 Couple (xc N ) 6 5 Intensité triangle 2 Couple triangle 4,5 3 2 Intensité étoile,5 Couple étoile,25,5,75 Couple résistant de la charge,25,5,75 La en étoile se stabilise lorsque C M = C R (couple moteur étoile = couple résistant machine entraînée). Le passage en triangle se pratique en coupant d abord le contacteur étoile, donc en coupant momentanément l alimentation. Le rétablissement de la pleine tension en triangle sur des enroulements très inductifs s accompagne de pointes de courants transitoires telles que l on doit réserver ce type de démarrage aux moteurs de faible et moyenne puissance.
Electricité 4 Moteur asynchrone triphasé 9 5.4. Démarrage par résistances ou réactances statoriques : Le démarrage sous tension réduite est obtenu en intercalant des résistances ou réactances en série avec le stator. Elles sont ensuite court-circuitées pour la marche normale. Le procédé est simple donc pas cher, ne provoque pas de coupure de tension au passage et peut être adapté au réseau (ajustement de la réduction de courant suivant la valeur de la résistance). Le grand inconvénient est que si l appel de courant est divisé par un facteur K, le couple est réduit par K 2. En effet, le courant de phase est réduit dans le même rapport que le courant de ligne (même couplage) donc le couple est divisé dans le rapport au carré. L emploi de résistances implique une consommation d énergie active au démarrage ce qui limite la fréquence possible de ces démarrages. En général, un thermique surveille les résistances pour éviter une surchauffe. L emploi de réactances inductives est plus onéreux, mais permet des démarrages fréquents (les pertes sont réactives). Ce type de démarrage est employé pour des machines démarrant à faible couple y compris les machines puissantes et de forte inertie (pompes et ventilateurs). 7 Intensité (xi N ) 2,5 Couple (xc N ) 6 5 I sans résistances 4 (direct) I avec résistances 3 2 C direct,5 2,25,5,75,5 C avec résistances Couple résistant de la charge,25,5,75
Electricité 4 Moteur asynchrone triphasé 5.5. Démarrage d un moteur à rotor bobiné (Elimination de résistances rotoriques) : Si un moteur à rotor bobiné (à bagues) démarrait avec le rotor en court-circuit, il pourrait être assimilé à un moteur à cage. Au démarrage, on insère des résistances au rotor, ce qui a pour effet de diminuer le courant de démarrage (voir 4.3. formule 5) et de modifier la courbe du couple (formule 7). Le couple maximum reste le même mais se déplace vers des s plus faibles. Le couple de démarrage en est donc notablement amélioré. Les caractéristiques voulues sont obtenues par le choix des valeurs et du nombre des résistances. On démarre en insérant toutes les résistances, puis on élimine progressivement les différents jeux de résistances. Dans notre cas, il y a 2 jeux de résistances, la pointe de courant est réduite par 4 et en même temps le couple de démarrage C D =,5 C N. Temps Temps 2 Temps 3 Ce démarrage est le plus souple et le meilleur au point de vue électrique. Par contre, le moteur à rotor bobiné est mécaniquement moins fiable et son prix en association au système de démarrage n est compétitif que dans des applications particulières. 7 Intensité (xi N ) 2,5 Couple (xc N ) 6 5 4 3 Temps 3 2 Temps 2 Temps,25,5,75 2,5,5 Temps Couple résistant de la charge Temps 2 Temps 3,25,5,75
Electricité 4 Moteur asynchrone triphasé 5.6. Démarrage électronique : Un démarreur électronique est inséré dans le circuit statorique du moteur asynchrone à cage. Il remplace le système de démarrage, la protection thermique du moteur et sa protection contre la marche en monophasé (une phase d alimentation manquante). A la mise sous tension, un gradateur à thyristors assure une montée progressive de la tension, ce qui permet un démarrage doux et une réduction de la pointe de courant I D. Il est possible de régler soit le courant maximum de démarrage (par exemple I D = max 3I N ) ou le temps de démarrage (réglage de la rampe de U montée de la tension). Le courant maximum de démarrage est choisi en fonction des capacités du réseau et du couple initial de la machine entraînée. α Par exemple I D = 2I N C D =,5C N et I D = 5I N C D = C N 7 6 5 4 3 2 Intensité (xi N ) I avec démarreur I direct,25,5,75 KM Démarreur électronique KM Q F KM2 2,5 Couple (xc N ) 2 C direct,5,5 C D tension réduite pour I D = 3I N Couple résistant de la charge,25,5,75 Le démarreur électronique permet également la décélération progressive et l arrêt freiné des moteurs asynchrones. Le schéma unifilaire ci-contre illustre la possibilité de démarrer successivement plusieurs moteurs (puissances différentes mais compatibles avec le démarreur). Après démarrage progressif les moteurs sont alimentés KM2 KM22 KM3 KM32 directement par les contacteurs KMx2.Un contact du démarreur empêche un second démarrage tant que le premier n est pas terminé. Q2 F2 Q3 F3 Un autre avantage de ce procédé est donc d éviter des démarrages simultanés. M 3 M 2 3 M 3 3
Electricité 4 Moteur asynchrone triphasé 2 5.7. Caractéristiques résumées des divers procédés de démarrage : M as à cage (économique et robuste) Mas à bagues Type Direct Etoile-triangle R statoriques Electronique R rotoriques I démarrage % 33% 75% réglable 33 à 83% 25 à 33% Surcharge en ligne I D = 6 I N I D = 2 I N (I D /3) I D = 4,5 I N (I D /K) I D = 2 à 5 I N I D = à 5 I N C démarrage C D = à,5 C N,3 à,5 C N (C D /3),8 C N (C D /K 2 ),5 à C N (C D /K 2 ),5 à 2,5 C N Avantages Simple Peu onéreux C D important Relativement peu onéreux Réglage possible Pas de coupure Adaptable Progressif Peu encombrant Statique Excellent rapport C D /I D Réglable Pas de coupure Inconvénients Pointe intensité importante voir réseau Démarrage brusque C D faible Pas réglage Coupure au passage (perturbations) Réduction faible de I D. Nécessité résistances Génère des harmoniques Assez cher Onéreux Nécessité résistances Moins fiable Durée démarrage 2 à 3 s 3 à 7 s 7 à 2 s à 6s réglable 3 à 5s / cran Applications Pt machines à pleine charge Ventilateurs et pompes de pt puissance Forte inertie à C D faible Pompes Ventilateurs Compresseurs Machines puissantes démarrant en charge, progressif
Electricité 4 Moteur asynchrone triphasé 3 6. Réglage de des moteurs asynchrones. 6.. Principe : (voir 3.4.) La d un moteur asynchrone est fonction de son nombre de paires (triplets) de pôles et de la fréquence du réseau. n s = k f / p triplet pôles 3 trs/m 2 triplets pôles 5 trs/m R R T S T S S R T R S T R S T R S T T = /5 s T = /5 s T = /5 tour du moteur tour du moteur 6.2. Moteur asynchrone à enroulements statoriques séparés : Ce moteur à cage comporte 2 enroulements statoriques séparés et indépendants. Cette configuration permet 2 s dans un rapport quelconque. Par exemple triplets de pôles soit 3 tr/min et 4 triplets soit 75 tr/min. Ce moteur est volumineux et le rendement médiocre car les entrefers sont importants. L application la mieux connue est celle des anciennes machines à laver le linge ( de lavage et d essorage). Actuellement le système est remplacé par un variateur électronique de sur moteur universel.
Electricité 4 Moteur asynchrone triphasé 4 6.3. Moteur Dalhander ou à couplage de pôles : Ce moteur à cage offre 2 possibilités de couplage des pôles et permet ainsi 2 s mais uniquement dans un rapport de à 2. Par exemple 3/5 tr/min ou 5/75 tr/min. 2 triplets RSTRST 5 tr/min 2 triplets RTSRTS 3tr/min R R T S S T S R T T R S R S T R S T R T S R T S T = /5 s T = /5 s T = /5 tour du moteur tour du moteur Le stator comporte 6 ou 9 bornes. Suivant le type de charge entraînée, le moteur Dalhander existe en version à couple constant avec démarrage possible en étoile-triangle sur la petite (6 ou 9 bornes) et en version à puissance constante (C D et I D faibles 6 bornes). Pour la petite le réseau est connecté sur les 3 bornes «a». Pour la grande (triangle), les 3 bornes «a» sont reliées entre elles et le réseau est connectés aux bornes «b» a b B B 2 B 4 B 6 B 3 B 5 b b a a b B B 2 a a B 4 B 5 a b B 3 B 6 b B 2 a b B 3 B 5 B 6 B 4 B
Electricité 4 Moteur asynchrone triphasé 5 6.4. Moteur à rotor bobiné (à bagues) : Un choix judicieux de la valeur des jeux de résistances insérées au rotor, permet de régler la de ce type de moteur dans une plage intéressante. L insertion permanente d une résistance aux bornes du rotor abaisse la et ce, d autant plus, que la valeur de la résistance est élevée. R max > R 3 > R 2 > R > R moteur Couple Courbe R max R 3 R 2 R naturelle du moteur Charge à couple constant Ce procédé est intéressant pour démarrer très progressivement des charges d inertie élevée. Par contre, s il s agit de régler réellement la, ce procédé cumule 3 inconvénients : - instabilité à de faibles s (<4%) - pertes actives importantes dans les résistances - instabilité de la lorsque la charge varie ; cette variation de peut se visualiser sur le graphe en dessinant une horizontale C charge =,85 C N par exemple. 6.5. Convertisseur statique de fréquence : Ce système électronique appelé aussi changeur de fréquence est la solution idéale pour entraîner des moteurs asynchrones à cage dans les cas spéciaux. En effet il permet : - réglage et régulation de de à 2% de la nominale - démarrage et freinage progressifs sans pointe de courant (rampes d accélération et de décélération) - démarrage à pleine charge même pour une charge à couple hyperbolique (C D,5 C N ) - protection intégrée du moteur (surcharge, court-circuit, phase manquante, minimum U) - compensation du glissement ( constante à charge variable) - inversion électronique de sens de marche, en douceur et sans surcharge d intensité - rendement élevé et amélioration du facteur de puissance (cos ϕ). Le principe du convertisseur de fréquence est de redresser et filtrer la tension alternative (mono ou triphasée) du réseau. La tension continue obtenue est régulée en amplitude et convertie, par un pont onduleur à transistors, en un système de tensions triphasées à fréquence variable. C N,85C N 4% 55% 7% 85% n r de Régulateur mesure de CONSIGNES d accélération (µp spécialisé) mesure intensité de limite d intensité etc U= U f M 3 Redressement / Filtrage Onduleur
Electricité 4 Moteur asynchrone triphasé 6 Son prix élevé est à mettre en relation avec les avantages obtenus. Le cas typique d emploi est l entraînement de pompes dans des circuits hydrauliques importants. En effet ce système permet des changements progressifs de régime afin d éviter les coups de béliers. Il permet aussi une régulation de débit en fonction par exemple de la température (système de chauffage) ou en fonction des besoins en eau (remplissage de châteaux d eau). Si la tension aux bornes du moteur varie proportionnellement à la fréquence (U/f = cste), alors le champ magnétique et le couple sont constants dans toute la gamme de réglage de la. Nous obtenons un réseau infini de courbes C = f(v) comme sur le graphe. Le point de fonctionnement P glisse en fonction de la (fréquence). Nous voyons sur le graphe de droite qu il est tout à fait possible de démarrer et de réguler en des charges à couple hyperbolique telles que des enrouleuses, certaines machinesoutils et des engins mobiles de traction électrique. Auparavant, seul le moteur série à courant continu était capable de démarrer ce type de charges. Couple Couple Charge hyperbolique P P 2 P 3 P 4 P 5 P N s >n s n r n r
Electricité 4 Moteur asynchrone triphasé 7 7. Freinage électrique des moteurs asynchrones : Dans la plupart des applications, l arrêt du moteur se fait par décélération naturelle. Le temps d arrêt dépend uniquement de l inertie de l ensemble moteur + machine entraînée. Il est possible de réduire ce temps par un freinage électrique. 7.. Freinage par contre-courant (ou hyposynchrone): En inversant 2 phases, on obtient un freinage qu il faut interrompre à temps pour ne pas repartir en sens inverse (emploi d un détecteur centrifuge ou à friction mesure de la ). Moteur à cage : Le freinage est très vigoureux et impose des contraintes thermiques et mécaniques plus importantes qu au démarrage. Si ces contraintes sont insupportables et que les freinages ne sont pas trop fréquents, il est possible d insérer des résistances statoriques de freinage. Moteur à rotor bobiné (à bagues) : La réinsertion de résistances rotoriques permet de bien contrôler le freinage. Il est même possible de retenir une charge entraînante. 7.2. Freinage par injection de courant redressé : Ce système est applicable aussi bien aux moteurs à cage qu aux moteurs à bagues. U Pont redresseur à thyristors Après avoir découplé le moteur du réseau, on injecte une tension redressée (± 2V,3I N ) au stator. Ce courant continu crée un flux fixe dans l espace ce qui est moins brutal que le champ tournant inverse du freinage à contre-courant. De plus le moteur ne redémarre pas en sens inverse. Ce mode de freinage est intégré d origine dans les démarreurs électroniques et les convertisseurs de fréquence. 7.3. Freinage hypersynchrone : Lorsqu un moteur est entraîné par sa charge au-dessus de la de synchronisme, il devient une génératrice asynchrone et développe un couple de freinage. Prenons comme exemple, une lourde charge que l on descend au moyen d un treuil. Comme le montre le point de fonctionnement P du diagramme, ce couple est négatif (freinage). Ce couple équilibre exactement le couple de la charge entraînante d où un fonctionnement à constante, l énergie étant récupérée par le réseau. Couple positif n < n s Couple négatif (freinage) n > n s P