MOTEUR ASYNCHRONE TRIPHASE I.Description : Le moteur asynchrone est constitué de deux parties distinctes : le stator et le rotor. I.1. Stator (partie fixe du moteur) I.1.1. Présentation Il est identique à celui des machines synchrones, c’est à dire constitué de 3 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 ns = f / p et à la vitesse s = ω / p I.1.2. Couplage sur le réseau Sur la plaque signalétique d’un moteur asynchrone, il apparaît une indication concernant les tensions (ex : 127 V / 230 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 127V). En fonction du réseau, il faudra donc réaliser le couplage adapté. Exemple : Indication sur la plaque signalétique : 230V / 400V Chaque enroulement doit donc être soumis à 230 V. I.1.3. Schéma de branchement Les moteurs triphasés possèdent 3 enroulements qui sont reliés à 6 bornes repérées U1, V1, W1 et U2, V2, W2 ; le positionnement de trois barrettes permet d'alimenter le moteur sous deux tensions différentes. I.2. Rotor (partie mobile du moteur) Le rotor n'est relié à aucune alimentation. Il tourne à la vitesse de rotation n. Il existe 2 possibilités : I.2.1. 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.2.2. 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 3 bagues et de 3 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 Pjr 1 I.3. Fonctionnement Le stator crée au niveau de l’entrefer un champ magnétique tournant à la vitesse s = / p (vitesse de synchronisme) et à la fréquence ns = 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 (à la fréquence n). Remarque : En charge, cette vitesse est toujours légèrement inférieure à s. II. Glissement ns : vitesse de rotation de synchronisme du champ tournant (tr/s) n : vitesse de rotation du rotor (tr/s) ng : vitesse de glissement (tr/s) ng = ns – n ns – n Ω s – Ω = g= ns Ωs soit : n = ( 1 – g ) ns n=0 n = ns g=1 g=0 III. Fréquence des courants induits Le rotor voit un champ statorique tournant à la fréquence de glissement ng = g ns . Soit : fg = g f = fr IV. Bilan des puissances - Puissance absorbée: P = √3U I cos S = √3U I Q = √3U I sin - Puissance transmise au rotor : Cette puissance est transmise au rotor par le couple électromagnétique Ptr = P – Pfs - Pjs = Ce Ωs - Puissance sur le rotor: avec Ce: moment du couple électromagnétique en Nm. Ωs : vitesse angulaire synchronisme (2..n) en rad / s. Pr = Ptr – Pjr = Ce Ω Pél = Pr PU = CU Ω - Puissance Utile: Ce: moment du couple électromagnétique en Nm. Ω: vitesse angulaire rotor (2..n) en rad/s. avec PU = P - ΣPertes. - Pertes Joule Stator: Si r est la résistance d’une phase du stator : PJs = 3 rI2 pour le couplage étoile PJs = 3 rj2 pour le couplage triangle Si R est la résistance entre phases du stator couplé et I l’intensité en ligne alors : Pjs = (3/2) RI2 - Pertes Joule Rotor: V. Rendement η= Pjr = g Ptr PU P = Ptr: puissance transmise au rotor g: glissement. CU Ω √3U I cos = P – Pjs – Pfs – Pjr - Pm P 2 VI. Caractéristiques : VI.1. 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 = 0 et donc n = ns et la puissance absorbée P0 = Pmec + Pfs + Pjs0 VI.2. 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 : Cu = Cr VI.3. Caractéristique mécanique CU = 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. Cu (Nm) 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. Cr (Nm) Cu1 0 n'1 n Le point de fonctionnement (Cu1 ; n1) permet de calculer très facilement le glissement et la puissance utile dans ce cas bien précis. 3 n' (tr/s) VII. RACCORDEMENT DES MOTEURS ASYNCHRONES AU RESEAU TRIPHASE Couplage et modes de démarrages : 1-Introduction : Lors de la mise sous tension d'un moteur asynchrone, celui-ci provoque un fort appel de courant qui peut provoquer des chutes de tension importantes dans une installation électrique. Pour ces raisons en autres, il faut parfois effectuer un démarrage différent du démarrage direct. Il est donc logique de limiter le courant pendant le démarrage à une valeur acceptable. Mais si l'on limite le courant, on limite du fait la tension (dans certain cas seulement). 2-Choix d’un démarreur : Le choix d’un démarreur sera lié : à la nature de la charge à entraîner au type de moteur asynchrone à la puissance de la machine à la puissance de la ligne électrique à la gamme de vitesse requise pour l’application. 3-Couplage TRIANGLE et ETOILE. : Le moteur asynchrone triphasé dispose d’une plaque à bornes où sont disponibles les extrémités des enroulements du stator : On choisit le couplage étoile ou triangle en fonction des caractéristiques du moteur : La plaque signalétique d’un moteur asynchrone précise toujours deux tensions de fonctionnement possibles : Exemple : 230/400 ou 380/660 La plus petite valeur indiquée est la tension nominale d’un enroulement (une phase du moteur) . Par conséquent le moteur asynchrone triphasé est branché : En triangle : lorsque la tension entre phases (tension composée) du réseau d’alimentation est égale à la tension de fonctionnement la plus basse : Ex : moteur 380/660 Réseau : 220V / 380V (380 V = tension entre phases du réseau) Symbole : Δ ou D. 4 En étoile : Lorsque la tension entre phases du réseau d’alimentation est égale à la tension de fonctionnement la plus élevée : Exemple moteur : 230/400 Réseau : 230 / 400 Autre exemple : Moteur dont la plaque signalétique indique : 230/400. Réseau triphasé : 132 / 230 . Le couplage devra être TRIANGLE ( La tension entre phase du réseau = 230 V ce qui correspond à la tension d’un enroulement (230V) du moteur) 4-Procédés de démarrage : a- Démarrage direct : Schéma : PH Id C d MAS 3 ~ N Fonctionnement : Une impulsion sur S2 alimente le relais (KM1) : les contacts KM1 se ferment et le relais est auto-alimenté. Le moteur démarre. L’arrêt est obtenu par une impulsion sur S1. Le démarrage est donc obtenu en un seul temps ; le stator du moteur est couplé directement sur le réseau. Les avantages du démarrage direct : - Simplicité de l’appareillage de commande - Couple de démarrage important (1.5 à 2 fois le couple nominal ) - démarrage rapide (2 à 3 secondes) Les inconvénients du démarrage direct : 5 - La pointe de courant lors de la mise sous tension est très élevée, de l’ordre de 4 à 8 fois le courant nominal - Démarrage brusque : déconseillé si le démarrage doit être doux et progressif (tapis, transporteur, etc …) Utilisation : Démarrage réservé aux moteurs de petites puissances (P < 5kW) en raison de l’appel important de courant lors du démarrage. b- Démarrage statorique à résistances : Schéma : 0 0 1 0 2 0 Ordre de marche KM1 Temporisation KM1 KM2 Ouverture d’arrêt MAS 3 ~ Fonctionnement : Le démarrage s’effectue en 2 temps : Dans le premier temps, on met en série avec chaque phase du stator une résistance (Fermeture de KM11) Dans le second temps, on court-circuite les résistances (Fermeture de KM1) Fonctionnement de la partie commande : er 1 temps - Impulsion sur S2 : le relais KM11 est activé et les contacts KM11 (partie puissance) se ferment. Le relais est auto-alimenté. 2nd temps – Le contacteur temporisé KM11 se ferme , entraînant l’alimentation du relais KM1 : Les contacts de puissances KM1 court-circuitent les résistances. L’arrêt est obtenu par une impulsion sur S1. Avantages de ce type de démarrage : Pas de coupure d’alimentation pendant le démarrage. Forte réduction des pointes de courant transitoires. Possibilité de réglage des valeurs au démarrage. Inconvénient : Perte de puissance dans les résistances. Perte de couple important. Le courant de démarrage est encore élevé (4,5 In). c- Démarrage étoile/triangle : Ce mode de démarrage n'est utilisable que si les deux extrémités de chaque enroulement sont accessibles. De plus, il faut que le moteur soit compatible avec un couplage final triangle. 6 Calcule : IdY = V/Z = U/(Z.√3). JdD = U/Z et IdD = √3.JdD = √3.U/Z. On fait le rapport : IdY/IdD = 1/3. De même : CdY = K.V². et CdD = K.U². On fait le rapport : CdY/CdD = 1/3. Conclusion : Le courant et le couple de démarrage sont réduits de trois. Schémas : I C I C IY CY N N 7 Fonctionnement : Le démarrage s’effectue en deux étapes : - Première étape : couplage Etoile (Y) du moteur : Les enroulements sont soumis à une tension U/√3. Le courant de démarrage Id est réduit par rapport au démarrage direct. (Id = 1.3 à 2.6 In) Le couple au démarrage est plus faible qu’en démarrage direct (0.2 à 0.5 Cn) - Deuxième étape : couplage Triangle (Δ) du moteur : Quand le moteur est lancé, on passe au couplage triangle. La surintensité qui en résulte est moins importante qu’en démarrage direct et le moteur atteint sa vitesse nominale à pleine tension. Avantages de ce type de démarrage : - Démarreur relativement peu onéreux - Le courant de démarrage est plus faible qu’en direct et donc moins perturbant pour le réseau. Inconvénient : - Couple de démarrage faible - Coupure de l’alimentation et courants transitoires importants au passage Etoile/triangle Utilisation : Réservé essentiellement aux machines démarrant à vide. Fonctionnement de la partie commande : Une impulsion sur S2 alimente le relais KM1. Les contacts KM1 se ferment et le relais KM2 est activé : il y a auto-alimentation (KM2 : 13-14 est fermé). Les contacts de puissance KM1 et KM2 étant fermés, on a un couplage étoile. Au bout de t secondes, le contacteur à ouverture temporisée (KM2 : 55-56) s’ouvre, entraînant avec un léger retard la fermeture du contact 67-68 : Le relais KM3 est alors alimenté. Les contacts KM2 et KM3 sont donc fermés : c’est le couplage Triangle. Note : le léger retard à la fermeture du contact 67-68 est nécessaire afin d’éliminer tout risque de court-circuit des phases (KM3 et KM1 ne doivent jamais être fermés en même temps). Arrêt moteur si appuie sur S1. d- Tension réduite par auto-transformateur : Dans un premier temps, on démarre le moteur sur un autotransformateur couplé en étoile. De ce fait, le moteur est alimenté sous une tension réduite réglable. Avant de passer en pleine tension, on ouvre le couplage étoile de l'autotransformateur, ce qui met en place des inductances sur chaque ligne limitant un peu la pointe et presque aussitôt, on court-circuite ces inductances pour coupler le moteur directement au réseau. 0 0 1 0 2 0 3 0 Ordre de marche KM1 KM3 Temporisation 1 KM1 Temporisation 2 KM1 KM2 Ordre d’arrêt Id = 1,7 à 4 In Cd = 0,5 à 0,85 Cn Ce mode de démarrage est surtout utilisé pour les fortes puissances (> 100 kW) et conduit à coût de l’installation relativement élevé, surtout pour la conception de l'autotransformateur. e- Démarrage rotorique : Dans tous les démarreurs précédents, nous n'avons utilisé que des moteurs à cage d'écureuil. Pour ce démarreur, nous avons besoin d'avoir accès au conducteur rotorique. Le fait de rajouter des résistances au 8 rotor provoque une limitation de la pointe de courant au démarrage. En plus, il a l'avantage, si les résistances sont bien choisit, de démarrer avec le couple maximal du moteur. Circuit de puissance Circuit de commande 1 3 5 Q1 2 Q1 F1 95 F2 96 1 4 6 1 3 5 KM1 2 4 6 1 3 5 S2 0 Ordre de marche 1 S1 2 13 3 KM1 14 4 Temporisation 2 1 V1 W1 Rh 68 KM1 67 M1 K L M 1 3 5 KM1 KM2 Ordre d’arrêt F2 2 4 6 KM1 KM2 2 4 6 Remarque : Ce type de démarrage est en voie de disparition, le meilleur choix économique étant le variateur électronique. KM1 Fonctionnement : KM2 Le démarrage s’effectue en deux temps : 1er temps : Fermeture des contacts KM1, le moteur démarre avec les résistances en séries avec les enroulements rotoriques. 2eme temps : Fermeture des contacts KM2, résistances court-circuitées. Fonctionnement du circuit de commande : Une impulsion sur S2 excite le contacteur KM1, démarrage en 1er temps. Après t secondes le contact temporisé KM1 : 67-68 se ferme pour exciter le contacteur KM2, démarrage en 2eme temps. Une impulsion sur S1 arrête le moteur. f- Les démarreurs électroniques : Ils permettent un démarrage progressif des moteurs, ils remplacent les démarreurs à technologie électromagnétique cité dans les précédents paragraphes. Les démarreurs sont constitués d’un gradateur triphasée. 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. 9 g- Tableau récapitulatif : Démarrage direct Courant de 100% démarrage Surcharge en 4 à 8 In ligne Couple en % 100% de Cd Couple initiale 0.6à 1.5 Cn au démarrage commande T.O.R avantages - démarreur simple et économique -couple au démarrage important inconvénients -pointe de courant très importante -démarrage brutal Démarrage étoile triangle Démarrage statorique Démarrage par auto transformateur Démarrage rotorique Démarreur électronique 33% 50% 40/65/80% 70% 1.3 à 1.6 In 4.5 In 1.7 à 4 In <2.5 In 33% 50% 40/65/80% 0.2 à 0.5 Cn 0.6 à 0.85 Cn 0.4 à 0.85 Cn T.O.R -économiques -bon rapport couple/courant -couple de démarrage faible -coupure d’alimentation au changement de couplage -moteur 6 bornes 1 cran fixe -possibilités de réglages des valeurs au démarrage - Pas de coupure d’alimentation pendant le démarrage -faible réduction de la pointe de courant au démarrage -nécessite des résistances volumineuses 10 150 à 750% 10 à50% (50 à 100% en 100ms) 0.4 à 0.85 Cn <2.5 Cn 3 crans fixe -bon rapport couple/courant - possibilités de réglages des valeurs au démarrage De 1 à 5 crans -très bon rapport couple/courant -possibilité de réglage des valeurs au démarrage électroniques -Démarrage sans à coup -montée progressive en vitesse -limitation de l’appel de courant au démarrage -nécessite un auto transformateur onéreux -présente des risques de réseau perturbé -moteur à bague plus -prix onéreux Fig1 Fig2 Fig3 3 3 3 6 3 3 3 Fig4 Fig5 4 3 3 6 3 11 MOTEUR ASYNCHRONE MONOPHASE IPrincipe : Un champ magnétique B tournant peut être créer à l’aide de 2 enroulements déphasés (de 90°) par un condensateur de capacité C, le disque métallique (rotor) est entraîné par l’action de ce champ tournant L’inversion du sens de rotation est obtenu par inversion de l’alimentation du circuit constitué par : l’enroulement secondaire 2 et le condensateur C. 1 : Enroulement principal. 2 : Enroulement secondaire de démarrage. C : capacité de démarrage. II- Différents types de démarrages : 1- Démarrage par lancement : Après la mise sous tension du stator, on peut lancer le moteur à la main dans un sens ou dans l’autre. 2- Démarrage par phase auxiliaire : Un enroulement auxiliaire de démarrage, alimenté par un courant déphasé de 90° par un condensateur de capacité C qui améliore le démarrage. Voir schéma ci-dessus. III- Relation : Vitesse : n = f/p Glissement : g = (ns-n)/ns Rendement : η = Pu/Pa Avec : Pa = UI.cosφ. IV- Transformation d’un moteur asynchrone triphasé en monophasé : w xy z y x u z u c v w v U/ √3 U Deux phases montées en séries ou en parallèles selon le couplage. La troisième montée en série avec un condensateur constitue la phase auxiliaire. V- Moteur asynchrone linéaire : 1- Principe : Si l’on développe le stator d’un moteur asynchrone, on obtient un moteur linéaire. 2- Différents types de moteurs linéaires : a- Moteur à un stator linéaire : Stator linéaire Cage siège des courants induits Culasse par où se referme le flux. b- Moteur à deux stators linéaires : Utilisation : - Traction électrique. - Entraînement de bandes Transporteuse. - Vérin à grand déplacement. 12 SYMBOLES DES MACHINES TOURNANTES 13 EXERCICES SUR LES MOTEURS ASYNCHRONES TRIPHASES Exercice 1 : La plaque signalétique d’un moteur asynchrone triphasé tétra polaire (4poles) est la suivante : 230 V/400 V ; 50 Hz ; 4,2 kW ; cos= 0,85 15,1 A / 8,7 A ; 1450 tr/min. Le moteur est alimenté par le réseau 230 V/400 V. 1) Quelle est la signification des informations données par la plaque signalétique ? 2) Comment devra-t-on coupler cette machine sur le réseau ? Pourquoi ? 3) Quelle doit être la valeur efficace de l’intensité du courant nominal : a) dans un enroulement ? b) en ligne ? 4) Quelle est la fréquence de synchronisme ns du moteur ?. 5) Calculer le glissement g au régime nominal. 6) Calculer le moment du couple Cn nominal. 7) Calculer la puissance active absorbée nominale Pa et le rendement η au régime nominal. 8) Exprimer la vitesse n en fonction de f , g et p (p étant le nombre de paires de pôles). 9) Comment faire pour varier la vitesse n de ce moteur ?. 10) Le moteur entraîne une charge dont le couple résistant est proportionnel à la vitesse n: Cr = 17,12.10-3n (n en tr/min). On considère que la caractéristique couple moteur Cm = f(n) est une Portion de droite passant par le point (1500 ; 0) et le point nominal. Déterminer le point de fonctionnement du groupe moteur-charge. Exercice 2 : Soit un moteur asynchrone triphasé à rotor bobiné, la plaque signalitique porte les indications suivantes: 220/380V – 50Hz. Réseau disponible a une tension entre phase de 380V. la caractéristique couple utile en fonction de la vitesse de rotation du moteur (Cu = f(n)) est donnée par le tableau suivant : Cu (N.m) 60 70 85 102 102 90 70 45 20 n (tr/min) 450 600 800 1100 1200 1300 1350 1400 1450 Le moteur entraine une charge: scie circulaire dont les caractéristiques sont: Service de fonctionnement: Continu (S1). Puissance mécanique: 6,5KW. Démarrage à vide. MD² à 1500tr/min vaut 1Kg.m². Température ambinte 50C° (Classe E). Axe horizontal monté sur glissière. Entrainnement direct. La caractéristique couple résistant en fonction de la vitesse de rotation de la charge: Cr = 36.103 /n. 1 ) Comment doit-on coupler les enroulements statoriques du MAS?. Justifier votre réponse?. 2 ) Etablir le schéma des circuits de puissance et de commande du moteur. Démarrage rotorique en deux temps, commande semi-automatique par boite à bouton poussoir marche/arrét, un seul sens de rotation. Prévoir les protections nécessaires. 3 ) En utilisant le document page 150 : a – Corriger la puissance en fonction de la température ambiante. b – Déterminer le mode de fixation du moteur. c – Déterminer le type du moteur. d – Déterminer le point de fonctionnement. 4 ) Le démarreur rotorique du MAS est remplacé par un démarreur statorique à l'aide d'un gradateur triphasé. Etablir le nouveau schéma du circuit de puissance du moteur. 14 ELEMENT DE CHOIX D’UN MOTEUR ASYNCHRONE TRIPHASE Coefficients de correction Modes de fixation 15 Exercice 3 : Etude d’un moteur pompe : Réseau : 220/380V-50Hz. C’est un moteur asynchrone triphasé à cage porte 220/380V-50Hz ; démarrage direct ; la caractéristique couple utile en fonction de la vitesse de rotation (Cu = f(n)) est donnée par le tableau suivant : Cu (N.m) 60 70 85 102 102 90 70 45 20 N (tr/min) 450 600 800 1100 1200 1300 1350 1400 1450 Les caractéristiques de la pompe sont : Pompe centrifuge à axe horizontal montée sur glissière. Entraînement direct, débit : q = 20l/s. Hauteur manométrique h = 24m. Démarrage en charge : MD² = 4Kg.m² à 1500tr/min. Altitude : at = 1200m. Température ambiante : ta = 50°C. Le couple résistant Cr varie linéairement avec la vitesse de rotation n : Cr = 0,032.n. Le fonctionnement de la pompe est automatique grâce à la détection du niveau d’eau par les deux flotteurs h et b dans le réservoir et un flotteur P dans le puits. Mais l’opérateur peut intervenir pour arrêter ou démarrer manuellement par deux boutons poussoirs marche MA et arrêt AT, sauf dans deux cas où le réservoir est plein ou le puits est vide. 1) Déterminer graphiquement le point de fonctionnement du groupe moteur-pompe. 2) Calculer la puissance d’entraînement de la pompe en utilisant le tableau 1. 3) Effectuer les corrections de puissance nécessaires et donner la puissance disponible en utilisant le tableau 2. Comparer cette puissance avec celle d’entraînement et conclure. 4) Choisir le type du moteur convenable en utilisant le tableau 3. 5) Comment doivent être couplés les enroulements statoriques du moteur ? Justifier votre réponse. 6) Compléter les schémas des circuits de puissance et de commande du moteur en prévoyant la protection nécessaire. Page 153. Tableau 1 Appareils de pompage Appareils de ventilation P en KW P en KW g = 9,81m/s² g = 9,81m/s² q : Débit d’eau q : Débit d’eau en l/s. en m³/h. h : Hauteur manométrique en m p :Pression totale en mm η : Rendement de la pompe : d’eau. -Pompe centrifuge η=0,6 η:Rendement du -Pompe à piston η=0,65. P= P = ventilateur : h=ha+hr+p. (g.q.h)/(1000.η) -Ventilateur à h :Hauteur manométrique en m. (g.q.p)/(1000.η) hélice=0,25. ha :Hauteur d’aspiration en m. -Ventilateur hr :Hauteur de refoulement en m. centrifuge=0,6. p :Pertes de charges évaluées en mètre de hauteur d’eau dans les conduits. 16 Tableau 2 Correction suivant la température ambiante : ta > 40°c. -Si la température ambiante est supérieur à 40°c, la puissance Température ambiante : ta Cœfficient correcteur : du moteur subit un déclassement Kt comme l’indique le Kt tableau ci-contre. Exemple : 45°c 95/100 Moteur 10KW ta = 45°c. 50°c 90/100 Déclassement : Kt = 95/100. 55°c 85/100 Puissance disponible : Pm=10.95/100=9,5KW. (soit un déclassement de 99/100 sur Pn par °c au dessus de 40°c. Tableau 2 (suite) Correction suivant l’altitude (at > 1000m) Si l’altitude de fonctionnement est supérieur à 1000m la puissance du moteur subit un déclassement Ka suivant la relation ci-contre. Exemple : Moteur 100KW at = 3000m. Déclassement : Ka = (11000 – 3000)/10000 = 0,8. Puissance disponible : Pm = 100.0,8 = 80KW. Ka = (11000-at)/10000. ELEMENT DE CHOIX D’UN MAS TRIPHASE Puissance Intensité Couple Caractéristiques en charge en KW Md/Mn In/380V Id/In Rend η 4/4 Cosφ 4/4 LS 56 L 0.09 0.38 2.89 1.80 0.54 0.67 LS 63 L(E) 0.12 0.43 2.79 2.00 0.55 0.80 LS 63 L(E) 0.18 0.60 3.50 2.10 0.63 0.78 LS 71 L 0.25 0.82 3.90 1.80 0.61 0.75 LS 71 L 0.37 1.1 4.36 1.85 0.67 0.76 LS 80 L1 0.55 1.65 3.9 1.80 0.66 0.76 LS 80 L2 0.75 2 4.3 1.85 0.69 0.80 LS 80 L3 0.9 2.4 5.2 2.80 0.73 0.77 LS 90 S1 1.1 2.7 4.9 2.00 0.74 0.83 LS 90 L2 1.5 3.6 5.5 2.20 0.77 0.82 LS 90 L3 1.8 4.3 5.4 2.10 0.77 0.83 LS 100 L1 2.2 5.2 5.3 2.40 0.78 0.82 LS 100 L2 3 7 6.1 2.60 0.80 0.82 LS 112 M1 4 9.1 6.2 2.40 0.82 0.81 LS 132 S30 5.5 12 6.2 2.40 0.81 0.85 LS 132 M1 7.5 15.8 7 2.50 0.85 0.85 LS 132 M2 9 18.6 8.2 2.60 0.85 0.86 LS 160 M 11 22 5 2.10 0.87 0.87 LS 160 L 15 29.3 5.8 2.40 0.89 0.86 LS 180 MT 18.5 36.4 5.8 2.50 0.885 0.87 LS 180 L 22 44.1 5.5 2.40 0.89 0.85 LS 200 LT 30 60 6.3 2.50 0.895 0.85 LS 225 ST 37 72 6.4 2.70 0.905 0.86 LS 225 M 45 85.5 6 2.70 0.91 0.86 LS 250 M 55 106 6.6 2.70 0.92 0.86 LS 280 ST 75 145 7 3.10 0.92 0.85 LS 280 M 90 173 7 3.10 0.925 0.85 LS 315 ST 110 211 7.4 3.40 0.93 0.85 Gamme des moteurs asynchrones triphasés fermés LS 220/380V-50Hz-IP 54 Rotor à cage. Appel de courant réduit. Classe des isolants B. Fréquence de rotation : 1500tr/min. (4poles). Tableau 3 Type 17 Masse En Kg 4 4 5 8.4 7.3 9 10.5 11.5 14 15 17 21 23 28 45 56 62 80 97 113 135 170 210 275 315 400 565 685 MAS 3~ 18 Exercice 4 : Un moteur asynchrone à bagues présente les caractéristiques suivantes : 95 kW; 230V/400V; 50 Hz ; 8 pôles. 1) Sachant qu’il est alimenté par une ligne triphasé en 400V, quel doit être le couplage ? 2) Calculer la fréquence de synchronisme. En marche le glissement vaut 4 % : 3) En déduire la fréquence de rotation. 4) Quelle est alors la valeur du couple utile. Le moteur est très puissant, on peut négliger ses pertes statoriques et mécaniques. Pour le régime nominal : 5) Calculer la puissance électrique absorbée. 6) Calculer l’intensité du courant absorbé au stator si le facteur de puissance est de 0,83. On alimente désormais le moteur avec une ligne en 230 V. 7) Quel est le couplage du stator ? 8) Calculer la valeur efficace de l’intensité du courant dans la ligne. 9) Calculer la valeur efficace de l’intensité du courant dans un enroulement. Exercice 5 : Un moteur asynchrone couplé en étoile porte les indications suivantes 220V / 380V : A vide : Io = 5,2 A Po = 390 W En charge : I = 7,5 A P = 4070 W On a mesuré à chaud la résistance entre deux phases du stator R = 2,2 . En admettant que les pertes mécaniques et magnétiques sont égales, calculer le rendement du moteur si la fréquence de rotation est de 1430 tr/min. Exercice 6 : Un moteur asynchrone est tel que : A vide, sa fréquence de rotation est proche du synchronisme. En charge sa caractéristique mécanique est pratiquement rectiligne. En fonctionnement nominal, on a déterminé :Pa = 3,4 kW ; η = 86,5 % ; n’ = 1440 tr/min Calculer la fréquence de synchronisme et le nombre de pôles. 1) Calculer le moment du couple utile. 2) Donner l’équation de la caractéristique mécanique dans sa partie utile. 3) Dans un fonctionnement à charge réduite, le glissement vaut 2,67 %. 4) Donner la fréquence de rotation. 5) Déterminer le couple utile et la puissance utile. 6) Le couple résistant de la machine entraînée prend la valeur de 22 Nm. Calculer le glissement. Exercice 7 : Un moteur asynchrone tétrapolaire triphasé à cage absorbe à pleine charge un courant d’intensité de 340 A et une puissance de 207 kW sous une tension de 380 V, 50 Hz. Le glissement est alors g = 1,2 %. Connaissant la résistance entre deux bornes du stator R égale à 0,018 Ω et les pertes collectives Pc de 5200 W. Les pertes mécaniques et magnétiques sont égales. Calculer : 1) Le facteur de puissance. 2) La fréquence de rotation. 3) Les différentes pertes. 4) La puissance utile. 5) Le rendement. 6) Le moment du couple transmis au rotor et le moment du couple utile. 19 Exercice 8 : Un moteur asynchrone triphasé porte sur sa plaque signalétique les indications suivantes : 230V/400V, 50Hz ; 960 tr/min ; cos = 0,83. On a mesuré à chaud la résistance d’un enroulement du stator et l’on a trouvé 0,6. 1) On couple ce moteur sur un réseau 400V, 50Hz. Quel couplage doit-on adopter ? On réalise un essai à vide. L’intensité du courant en ligne est I0 = 5,1A et la puissance reçue P0 = 470W. Sachant que dans cet essai, le moteur tourne quasiment au synchronisme, en déduire sa fréquence de rotation à vide et son nombre de paires de pôles. 3) Déterminer le facteur de puissance dans cet essai. 4) Déduire de cet essai les pertes dans le fer du stator et les pertes mécaniques .On admettra qu’elles sont égales. 5) On réalise un essai au régime nominal et on mesure la puissance active reçue alors par ce moteur (méthode des deux wattmètres). On trouve P1 = 4300W et P2 = 1900W. 6) Calculer la puissance active reçue 7) Calculer l’intensité efficace du courant en ligne 8) Calculer les pertes statoriques par effet Joule 9) Calculer les pertes rotoriques par effet Joule 10) Calculer la puissance utile 11) Calculer le moment du couple utile 12) Calculer le rendement 13) Quelles sont les deux intensités et la puissance indiquées sur la plaque signalétique ? Exercice 9 : Un moteur asynchrone triphasé, dont le stator est couplé en triangle, a les caractéristiques nominales suivantes : Puissance utile : 40 kW ; tension aux bornes d'un enroulement : 220 V, 50 Hz. Intensité en ligne : 131 A. Fréquence de rotation : 1455 tr/min. La résistance mesurée à chaud entre 2 bornes du stator est de 0,038 . Dans tout le problème, le moteur est alimenté par un réseau triphasé 220 V entre phases, 50 Hz. Un essai à vide a donné : Puissance absorbée à vide : P0 = 1850W Intensité en ligne : I0 = 31,2 A. Les pertes mécaniques, supposées constantes, sont égales à Pmec = 740 W. 1) Quel est le nombre de pôles du stator ? 2) Calculer pour la charge nominale : a) Le glissement b) La puissance transmise au rotor. c) Les pertes dans le fer et les pertes par effet Joule du stator d) La puissance absorbée. e) Le rendement et le facteur de puissance. f) Le moment du couple utile. 3) La caractéristique mécanique Cu (n’) du moteur est assimilable, dans sa partie utile, à une portion de droite passant par les points :(n’ = 1500 tr/min ; Cu = 0 Nm) et (n’ = 1425 tr/min ; Cu = 430 N m). a) Donner son équation. b) Le moteur fonctionne au-dessous de sa charge nominale : il entraîne une machine présentant un couple résistant indépendant de la vitesse et de moment CR = 130 Nm. Quelle est la fréquence de rotation du moteur ? 4) On a connecté par erreur l'enroulement du stator en étoile sur le réseau 220 V de fréquence 50 Hz a) Quelle est la tension aux bornes d'un enroulement du stator ? 20 b) Calculer le moment du couple utile Cu pour n’ = 1425 tr/min, et donner la nouvelle équation de la caractéristique mécanique Cu (n’). (On rappelle que, pour un glissement g fixé, le moment du couple utile est proportionnel au carré de la tension aux bornes d'un enroulement du stator). c) Le moteur entraînant la même machine qu'à la question 3.2., quelle est la vitesse du moteur. Exercice 10 : Dans une nouvelle station de sports d'hiver, on doit installer un téléphérique. La Mairie a fait effectuer une petite étude énergétique. Station F F v V câble cabine Force de traction F = 25 kN village 500 m 1) Calculer l'énergie mise en jeu pour effectuer une montée. 2) La montée dure 5 minutes 26 secondes. Calculer : a) la vitesse linéaire v de déplacement de la cabine en m/s ; b) la puissance utile Pu nécessaire. 3) Le moteur asynchrone triphasé tétrapolaire utilisé fonctionne en charge avec un courant en ligne de 150A il est alimenté par un réseau 230 V/400 V ; 50 Hz. Le glissement du moteur est g = 3 %, son rendement = 90 %. Calculer : a) Pa, la puissance active absorbée par le moteur ; b) la fréquence de synchronisme ns (en tr/min) ; c) la fréquence de rotation n du moteur (en tr/min). 4) La résistance des enroulements mesurée entre deux phases est de 90 m. Les pertes dans le fer du stator sont de 1,5 kW. Calculer : a) les pertes par effet Joule au stator Pjs ; b) la puissance transmise au rotor Ptr (prendre Pa = 83,5 kW) ; c) les pertes par effet Joule au rotor Pjr. 21 Exercice 11 : Un moteur asynchrone triphasé tétrapolaire 220/380V à rotor bobiné est alimenté par un réseau 220V/50 Hz. Un essai à vide à une fréquence de rotation très proche du synchronisme a donné une puissance absorbée, mesurée par la méthode des deux wattmètres: P1 = 1160 W P2 = - 660 W. Un essai en charge a donné: - courant absorbé : I = 12,2 A, - glissement : g = 6 %, - puissance absorbée mesurée par la méthode des deux wattmètres: P1 = 2500 W P2 = 740 W. La résistance d'un enroulement statorique est R = 1Ω. 1) Quelle est, des deux tensions indiquées sur la plaque signalétique, celle que peut supporter un enroulement du stator? En déduire le couplage du stator sur un réseau 220 V. 2) Dans le fonctionnement à vide, supposé équilibré, calculer a) la fréquence de rotation (égale à la fréquence de synchronisme); b) la puissance réactive Q0 absorbée; c) l'intensité du courant en ligne I0; d) le facteur de puissance à vide cosφ0; e) les pertes constantes. En déduire les pertes fer dans le stator supposées égales aux pertes mécaniques. 3) Dans le fonctionnement en charge, calculer: a) la fréquence de rotation; b) la puissance transmise au rotor; c) la puissance utile, le rendement; d) le moment du couple utile sur l'arbre Cu; e) le facteur de puissance. 4) Calculer la capacité des condensateurs qui, montés en triangle, relèveraient à 0,86 AR le facteur de puissance du moteur en charge. 5) Quelle serait alors la nouvelle intensité en ligne? 6) Ce moteur entraîne une machine dont le moment du couple résistant Cr en Nm est donné en fonction de la fréquence de rotation n’en tr/min par la relation: Cr = 8.10-6 n’2. La partie utile de la caractéristique Cu (n’) du moteur est une droite. Déterminer la fréquence de rotation du groupe et calculer la puissance utile du moteur. 22 Freinage des machines asynchrones 23 24 25 26 27 Moteur asynchrone rotor bobiné Moteur asynchrone rotor à cage 28
