Telechargé par Miloudi Fawzi

chapitre3 (1)

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1 Variation de vitesse des machines alternatives
Les machines à courant alternatif sont des dispositifs électromécaniques complétement
réversibles pouvant fonctionner en moteurs et en génératrices.
Génératrice
Energie
Mécanique
Energie
Electrique
Moteur
Elles sont souvent utilisées dans la production de l’énergie électrique ou dans les
entrainements mécaniques. On distingue principalement deux types de machines à courant
alternatif :
Machine synchrone
Machine asynchrone
D’autres machines dérivent de ces types. Leurs domaines d’application va de la propulsion
navale (MW) à la micromécanique d’horlogerie (mW) Electroménager






1.1
Propulsion navale
Traction ferroviaire
Véhicule électrique
Ventilation
Machines informatiques
Horlogerie
Principe général des machines alternatives
Création d’un champ tournant à partir de trois
bobines géométriquement déphasées de 120° et
alimentées par un système triphasé équilibré de
fréquence 𝑓𝑠 .
Les trois bobines produisent un champ magnétique de
module constant tournant à la vitesse
Ω𝑠 =
𝜔𝑠 2𝜋𝑓𝑠
=
𝑝
𝑝
Si le rotor est une roue polaire équivalente à une
aiguille aimantée; il tournera à la même vitesse que le
champ tournant.
C’est le principe du moteur
synchrone
𝜔𝑠
Ω𝑠 =
=Ω
𝑝
Si le rotor est un disque métallique, des courants
induits vont créer un couple moteur. Le rotor
tournera à une vitesse inférieure à celle du champ
tournant.
𝜔𝑠
Ω𝑠 =
>Ω
𝑝
1.1.1 Constitution
Le stator comporte essentiellement un empilage de tôles d'acier
constituant une couronne dans laquelle sont aménagées des
encoches. Ces encoches portent le bobinage statorique distribué sur
les pôles et répartie généralement sur trois enroulements placés à
120° .
Le rotor étant la partie mobile de la machine à courant alternatif. Sa
forme est toujours cylindrique. Ainsi pour les machines
asynchrones, le rotor est soit de type à cage ou à bagues. Sa fonction
principale est de supporter les forces électromotrices induites par
le champ statorique tournant à une vitesse donnée.
1.1.2 Vitesses et pulsations
Vitesse de synchronisme ou vitesse du champ tournant
Glissement: il caractérise la diminution de vitesse en
fonctionnement
Pulsation et fréquence rotorique
0 < 𝑔 < 1 (Ω < Ω𝑠 )
fonctionnement moteur
𝑔 < 0 (Ω𝑠 < Ω)
fonctionnement Génératrice
𝑔 = 0 (Ω𝑠 = Ω)
fonctionnement au synchronisme
Ω𝑠 =
𝜔𝑠 2𝜋𝑓𝑠
=
𝑝
𝑝
𝑔=
Ω𝑠 − Ω
Ω𝑠
𝜔𝑟 = 𝑔 × 𝜔𝑠
𝑓𝑟 = 𝑔 × 𝑓𝑠
𝑔 = 1 (Ω = 0)
fonctionnement moteur rotor bloqué
𝑔 > 1 (Ω < 0)
fonctionnement moteur frein : Marche freinage en contre courant
1.1.3 Modèle mas en régime permanent
Le moteur asynchrone se comporte
comme un transformateur alimentant
une charge constituée par l’impédance
du rotor (inductance et Résistance)
On donne sur la figure x.y le circuit
équivalent monophasé du MAS
ramené au stator

I1
Rs
x1

Im

Rf
Figure 1
1.1.4 Bilan des puissances
𝐸1 2
𝑅𝑓
𝑃𝑡𝑟 = 𝑃𝑎 − 𝑃𝑗𝑠 − 𝑃𝑓𝑠 = 3.
𝑅𝑟 2
.𝐼
𝑔 1
𝑃𝑡𝑟 = 𝑇𝑒𝑚 . Ω𝑠
𝑃𝑗𝑟 = 3. 𝑅𝑟 . 𝐼2 2 𝑃𝑗𝑟 = 𝑔. 𝑃𝑡𝑟
𝑃𝑚𝑒𝑐 = 𝑃𝑡𝑟 − 𝑃𝑗𝑟 = (1 − 𝑔). 𝑃𝑡𝑟
𝑃𝑚𝑒𝑐 = 𝑇𝑒𝑚 . Ω
𝑃𝑚𝑒𝑐 = 𝑃𝑡𝑟 − 𝑃𝑗𝑟 = (1 − 𝑔). 𝑃𝑡𝑟
𝑃𝑢 = 𝑃𝑚𝑒𝑐 − 𝑃𝑝𝑒𝑟𝑡𝑒𝑠𝑚𝑒𝑐 𝑃𝑝𝑒𝑟𝑡𝑒𝑠𝑚𝑒𝑐 = 𝑇𝑝𝑒𝑟𝑡𝑒𝑠 . Ω
𝑃𝑢 = 𝑇𝑢 . Ω
𝜂=

I2
E1

Vs
𝑃𝑎 = √3. 𝑈1 . 𝐼1 . 𝑐𝑜𝑠𝜑 𝑃𝑗𝑠 = 3. 𝑅𝑠 . 𝐼1 2 𝑃𝑓𝑠 = 3.
x2
𝑃𝑢
𝑃𝑎
Xm
R2
g
Pertes
Fer Stator
Pertes
Mécaniques
Puissance
Utile
Puissance
Absorbée
Stator
Rotor
1.1.5 Couple électromagnétique
En négligeant la chute de tension aux bornes de la résistance et de l’inductance de fuites l1
𝑉𝑠
au stator , le courant I2 : 𝐼2 ≈
2
√(𝑅𝑟 ) +𝑥2 2
𝑔
La puissance transmise est : 𝑃𝑡𝑟 = 3.
𝑅𝑟
𝑔
. 𝐼2 2 𝑃𝑗𝑟 = 𝑇𝑒𝑚 . Ω𝑠
𝑅𝑟
𝑔
le couple électromagnétique s’exprime par : 𝑇𝑒𝑚 = 3. Ω .
𝑠
𝑉𝑠 2
𝑅 2
( 𝑟 ) +𝑥2 2
𝑔
𝑅𝑟
𝑔
2
𝑉𝑠 2
= 3. 𝑝. ω .
𝑠
𝑅
( 𝑟 ) +𝑥2 2
𝑔
le tracé du couple en fonction du glissement donne la courbe de la figure x.y
Figure 2
1.1.5.1 Courbes
le glissement est faible au voisinage du
synchronisme, le couple
devient alors
proportionnel au glissement
Le couple présente un maximum pour la valeur
du glissement
𝑅𝑟
𝑉𝑠 2 𝑔
≫ 𝑥2 ⇒ 𝑇𝑒𝑚 = 3. 𝑝.
.
= 𝐾×𝑔
𝑔
ω𝑠 𝑅𝑟
𝑔𝑚𝑎𝑥
𝑅𝑟
𝑉𝑠 2
1
=
⇒ 𝑇𝑒𝑚 = 3. 𝑝.
.
𝑥2
ω𝑠 2 × 𝑥2
Pour les glissements forts, le couple devient
inversement proportionnel au glissement
𝑅𝑟
𝑉𝑠 2
𝑅𝑟
𝐾
≪ 𝑥2 ⇒ 𝑇𝑒𝑚 = 3. 𝑝.
. 2
=
𝑔
ω𝑠 𝑥2 × 𝑔 𝑔
Temax
gmax
1.2
Principe de variation de vitesse de la mas
Pour modifier la caractéristique 𝑇𝑒𝑚 (),Plusieurs paramètres sont susceptibles de
modification en partant des expressions du glissement et du couple :
𝑔=
Ω𝑠 −Ω
Ω𝑠
rd
⇒ Ω ( s ) = (1 − g) × Ω𝑠 ⇒ 𝑁 = 60 ×
1−𝑔
𝑝
L’action sur ces paramètres ne doit pas dégrader toutefois le couple.
𝑅𝑟
𝑔
2
𝑉2
× 𝑓𝑠 𝑇𝑒𝑚 = 3. 𝑝. ω𝑠 .
𝑠
𝑅
( 𝑟 ) +𝑥2 2
𝑔
1.2.1 Action sur le nombre de paires de pôles
Par combinaison de couplage de différents bobinages au stator, on distingue:

Les moteurs à enroulements séparés :
Le moteur comporte deux , trois ou quatre enroulements statoriques indépendants
permettant d’obtenir deux , trois ou quatre vitesses dans un rapport quelconque.
Exemple :moteur deux vitesses 1000 / 3000 tr/mn.
Figure 3.8 Circuit de puissance de variation de vitesse
Remarque : Les puissances absorbées en GV et PV sont souvent très différentes, ce qui
nécessite un
relais de protection thermique par vitesse.

Moteurs à couplage de pôles
chaque enroulement du stator 2 bobinages distincts pouvant être couplés en série (4 pôles)
ou en parallèle (2 pôles).
 Inconvénients:
 Variation non continue
 Ne permet pas un réglage fin du point de fonctionnement désiré
1.2.2 Action sur la tension
Dans ce mode de fonctionnement, le moteur asynchrone est caractérisé par la faible
variation de sa vitesse quand la tension d’alimentation varie.
Convertisseurs utilisés: Gradateurs à thyristors (génère beaucoup d’harmoniques et donc
perturbe le réseau)
1.2.3 Action sur la résistance du rotor
Ce mode d’action exige un moteur à bagues.
Applications:
Rendement secondaire : levage, grue, pont roulant (couple de démarrage élevé requis)
1.2.4 Action sur la fréquence
Dans ce mode la variation de vitesse s’améliore au détriment d’une perte de couple
Convertisseurs utilisés: Onduleurs
1.2.5 Action sur la tension et la fréquence
En négligeant les chutes de tension au stator le schéma se réduit à

Vs

Im
Rf
Xm
x2

I2
R2
g
𝑉𝑠
Le couple électromagnétique dépend de : 𝑇𝑒𝑚 = 3. 𝑝. 2𝜋𝑓 .
𝑅
𝑉𝑠 . 𝑟
𝑔
2
𝑠 (𝑅𝑟 ) +𝑥 2
2
𝑔
= 𝐾. 𝜓. 𝐼2 .
Il faut donc que le flux statorique crée par le courant magnétisant soit maintenu constant
𝐼𝑚 = 𝐿
𝑉𝑠
𝑚 .𝜔𝑠
𝑉
= 𝑐𝑡𝑒 𝜓 = 𝜔𝑠 = 𝑐𝑡𝑒
𝑠
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