Tp 2 mas à rotor bobiné - Le site de Kifouche Rezki

TP Entrainement Electrique
Mai 2014
TP 2 : Variation de vitesse d’un moteur asynchrone à rotor bobiné par action sur le
glissement
Objectif de la manipulation :


Comprendre le fonctionnement d’un moteur asynchrone.
Distinguer les différents types des moteurs asynchrones, particulièrement à rotor
bobiné.
 Variation de la vitesse du moteur asynchrone par l’action sur le glissement.
I. La partie théorique :
Structure et principe de fonctionnement :
Les machines asynchrones sont très utilisées (on estime que 80% des moteurs de la planète
sont des moteurs asynchrones) car leur coût est inférieur à celui des autres machines, de plus
ces machines sont robustes.
Fig.1
Une machine asynchrone comprend :
Un stator triphasé comportant p paires de pôles par phase, identique à celui d’une machine
synchrone ;
Un rotor constitué de conducteurs mis en circuit fermé. On rencontre deux types de rotor :
 Rotor bobiné : l’enroulement, semblable à celui du stator, comporte p paires de pôles
par phase ; les trois paires sont reliées à trois bagues qui permettent d’insérer un
rhéostat dans le circuit rotorique. Ce moteur est aussi nommé moteur à bagues. Voir
fig.2
 Rotor à cage : le rotor est constitué de barreaux de cuivre ou d’aluminium reliés aux
deux extrémités par deux couronnes conductrices. Ce modèle (en forme de cage
d’écureuil) peu coûteux et très robuste est le plus répandu.
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Fig.2
Principes de fonctionnement :
Le stator, alimenté par un réseau de fréquence f, crée une induction tournante BS de vitesse NS,
telle que
𝑓
𝑝
Supposons le rotor immobile : il est balayé par cette induction et des forces électromotrices
sont engendrées dans les conducteurs, selon la loi de Faraday :
𝑁𝑆 =
𝑒=−
𝑑∅
𝑑𝑡
Comme les circuits rotoriques sont fermés, des courants rotoriques prennent naissance. Il
apparaît des forces électromotrices dues à l’action de l’induction statorique sur les courants
rotoriques. En vertu de la loi de Lenz, ces forces tendent à entraîner le rotor dans le sens des
inductions tournantes. Il existe un couple de démarrage, le rotor se met à tourner si le couple
est suffisant.
Pour qu’il y ait couple, il faut donc :
 Que les circuits rotoriques soient fermés, sinon les courants rotoriques sont nuls ;
 Que la vitesse N prise par le rotor soit différente de la vitesse NS de l’induction. Si
N=NS, les conducteurs tournent à la vitesse de l’induction statorique, aucune f.é.m.
n’est induite, et par conséquent aucun courant ne circule dans le rotor : il ne peut y
avoir de couple.
On obtient donc un résultat très différent de celui de la machine synchrone pour
laquelle il n’y avait de couple qu’au synchronisme. Pour la machine synchrone :
 Si N< NS couple moteur apparait;
 Si N = NS couple nul ;
 Si N > NS couple de freinage.
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Glissement
L’origine des courants rotoriques réside dans la différence des vitesses NS et N. On introduit
une grandeur fondamentale, sans dimension, le glissement g définit par :
𝑔=
Ω𝑠 − Ω 𝑛𝑠 − 𝑛
=
Ω𝑠
𝑛𝑠
Ω𝑠 et 𝑛𝑠 : vitesse de synchronisme en rad/s et tr/s ou tr/min.
Ω et 𝑛 : vitesse de rotation du rotor en rad/s et tr/s ou tr/min.
 En pratique le glissement est très souvent faible.
 On a aussi 0 < 𝑔 ≤ 1
 Si 𝑔 = 1 donc le moteur est à l’arrêt alors que si 𝑔 ≈ 0 le moteur fonctionne à vide.
La caractéristique mécanique du moteur asynchrone :
La courbe ci-contre représente la
caractéristique mécanique du moteur
asynchrone.
La plage de vitesse définie par la plage
[Nmin, N0] sont les seules possibles pour un
fonctionnement stable du moteur.
Le point de fonctionnement (C1, N1) est
défini par l’intersection des deux
caractéristiques mécaniques, celle du
moteur et celle de la charge.
La variation de vitesse des moteurs asynchrone
On a l’expression la plus simple de la vitesse des moteurs asynchrones est :
𝑁 = 𝑁𝑠 (1 − 𝑔) =
𝑓(1−𝑔)
𝑝
Avec :
𝑁 : La vitesse de rotation du moteur
𝑁𝑠 : La vitesse de synchronisme
𝑔 : Le glissement
𝑓 : la fréquence de la tension d’alimentation
𝑝 : Nombre de paire de pôles
La variation de la vitesse du moteur peut être obtenue en agissant sur :
 La fréquence de la tension d’alimentation.
 Le nombre de paire de pôles
 Le glissement.
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L’action sur la fréquence :
En agissant sur la fréquence de
l’alimentation
on
modifiera
la
caractéristique mécanique du moteur, et
ainsi
on
décalera
le
point
de
fonctionnement. Ce qui permet au moteur
et à la charge de tourner à une autre vitesse.
La figure ci-contre nous montre la variation
de la caractéristique mécanique du moteur
en fonction de fréquence.
La variation de la fréquence de la tension
d’alimentation peut être obtenue avec l’utilisation d’un onduleur de tension.
L’action sur le glissement :
L’action sur le glissement est obtenue
en intégrant des résistances en série
avec le circuit rotorique. Cela ne peut
être possible que pour les moteurs dont
le rotor est accessible. Donc, seulement
pour les moteurs asynchrones à rotor
bobiné.
Les caractéristiques du moteur
représentées par la figure ci-contre,
montrent l’évolution du couple et de la
vitesse pour chaque résistance mise en
série avec le moteur.
Dans ce cas précis, on a R1< R2<R3
La figure ci-contre montre le montage à mettre
en place pour réaliser l’action sur le glissement.
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Manipulation et travail à faire :
On cherche à obtenir la variation de la vitesse d’un moteur asynchrone par action sur le
glissement. La charge utilisée est un frein électromagnétique. En variant la tension de son
alimentation, on peut obtenir différentes valeurs du couple charge.
1. Comprendre le fonctionnement du stand, situer les résistances mises en série avec le
circuit rotorique et le commutateur qui permet de brancher ces résistances, le frein
électromagnétique.
2. Relever les vitesses de rotation du moteur pour deux valeur de couple (ex C=0,4 et
C=0,8) et pour toutes les valeurs des résistances à mettre en série.
Les données récupérées sont à présenter dans le tableau suivant, pour chaque couple :
C1= 0,4 kgm et C2= 0,8 kgm
Résistances
N (Tr/mn)
3. Interpréter les courbes obtenues.
Répondre aux questions suivantes :
Répondre par vrai ou faux
1. Le rotor du moteur asynchrone tourne à la même vitesse que le champ tournant du stator ;
2. Les enroulements rotoriques du moteur asynchrone ne sont pas alimentés par un courant
alternatif ;
3. A une vitesse de rotation constante, le couple moteur est supérieur au couple charge.
4. Avec des résistances en série avec le circuit rotorique, la caractéristique mécanique du
moteur asynchrone à rotor bobiné glisse dans le sens des vitesses supérieures.
5. Pour une même tension d’alimentation, plus la vitesse de rotation du moteur est petite plus
le glissement est petit.
6. Plus les résistances mises en série avec le circuit rotorique sont importantes, plus le
rendement du moteur est important.
Conclusion :
Conclure en précisant les méthodes utilisées pour varier la vitesse de rotation des moteurs
asynchrones. Expliciter la méthode utilisée pour cette manipulation en pricisant ces avantage
et ces inconvénients.
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