Moteur asynchrone

MOTEUR
ASYNCHRONE
FONCTION
Convertir l'énergie (Il.2.3.6). Convertir l'énergie électrique
en énergie mécanique.
COMPÉTENCES
' Justifier le cl'toix clu convertisseur
d'énergie et du modulateur qui lui est associé.
' Configurer et régler
le modulateur d’énergie.
° Analyser le circuit de
puissance et identifier les éléments externes des boucles de rétroaction.
' Vérifier à l’aide
de mesurages pertinents les performances attendues.
La conversion de l’énergie électrique s’effectue à 80 °/o à l’aide de moteurs
asynchrones
triphasés
grâce à leur simplicité de construction, à leur robustesse et à leur facilité de
démarrage.
I. CONVERSION
’DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
EN ÉNERGIE MECANIQUE
Cette conversion d’énergie
s’effectue avec des machines tournantes qui obéissent aux
lois de l’électromagne’tisme.
1. Principe général
L’action d’un champ magnétique
sur un courant électrique produit une force F dont
l’expression est donnée par
la relation :
F=B.il
avec
:
F : force,
en newtons
(N)
B: intensité
du champ
magnétique, en
teslas (T)
i
: intensité du courant, en ampères (A)
l
: longueur du conducteur, en mètres (m)
À la
fermeture de l’m'terrupteur
K,
le
conducteur
mobile
MN se déplace dans
le champ
magnétique en M'N’
sous l’effet
de
la force F.
fig. 1. Principe de la conversion
d’énergie électrique en énergie mécanique.
. 223

2.
Classification des moyens de conversion
Les moteurs peuvent transformer l’énergie électrique en énergie mécanique mais ils
sont réversibles et peuvent produire de l’énergie électrique à partir de l’énergie méca-
nique ; ils deviennent générateurs.
TABLEAU l. Conversion d’énergie L"lectriun/mécanique.
Conversion énergie Nature du courant Machines tournantes
Électrique/mécanique
Moteur a‘ courant continu
MOTEURS Alternatif Moteur
asynchrone
—
3.
Principe du moteur asynchrone
Le fonctionnement d’un moteur asyn—
chrone triphasé repose sur la création
d'un champ tournant.
Si on alimente trois bobin'es identiques
placées à 120° par une tension alternative
triphasée :
— une aiguille
aimantée, placée au centre,
est entraînée en rotation ,' il y a donc bien
création d'un champ tournant ,'
— un disque métallique en aluminium ou
en cuivre est entraîné dans le même sens
que l'aiguille aimantée ,-
— si l'on inverse deux des trois fils de l'ali-
mentation triphasée, l'aiguille, ou le
disque, tourne en sens inverse.
Circuit inducteur
(stator)
Circuit induit
(rotor)
fig. 2. Disposition
expérimentale.
Justification : les trois champs alternatifs produits par les bobines alimentées en cou-
rant triphasé se composent pour former le champ tournant.
Le champ magnétique tournant crée dans le circuit du rotor des courants 1n'duits ,-
ceux-ci, d'après la loi de Lenz, s'opposent à la cause qui leur a donné naissance et pro-
voquent une force magnétomotrice qui entraîne le rotor en rotation.
4. Relations d'électrotechnique
Le moteur asynchrone transforme l'énergie électrique apportée par le courant alterna-
tif en énergie mécanique.
— En entrée : puissance absorbée :
Grandeurs
Pa=llI\/—3cosq)
—— En sortie : puissance utile :
Pu = T Q.
fig. 3. Grandeurs de la conversion
d’énergie électrique
en énergie mécanique.
d'entrée
U -
Icos q)
Nombre
de phases
Grandeurs
de
sortie“
P (W) N (tr/min)
C (N.m)
224
3

II.
STRUCTURE
DU
MOTEUR
ASYNCHRONE
On
classe les différentes pièces rencontrées dans toute machine
tournante selon les
trois grandes
fonctions réalisées : électrique, magnétique et mécanique.
Capot de ventilation
Tiges de montage
Ventilateur
Flasque arn'ère
Roulement arn'ère
Boite à bornes
Plaque signalétique
Carter
Flasque
côté accouplement
(Roulement
côte’ accouplement
fig. 4. Structure d’un moteur asynchrone tn'phasé (Leroy—Somer).
1. Fonction électrique
a. Circuit statorique
Pour produire un champ magnétique tournant, on réalise un enroulement, ou bobi—
nage statorique, avec
des bobm'es logées dans des encoches du stator (fig. 5).
b. Circuit rotorique
Le rotor est le siège de la force électromagnétique produite par l’action du champ tour—
nant sur les courants
induits du circuit rotorique.
— Rotor en court—circuit
: on l’appelle aussi rotor à cage d'écureuil
,' l’enroulement est
constitué par des barres de cuivre ou d’aluminium,
noyées
dans le circuit magnétique
et mises en court-circuit par deux anneaux (fig. 6).
— Rotor bobiné
: le bobinage est formé de trois enroulements couplés
en étoile et reliés
au circuit extérieur
par trois bagues. Ce type de rotor ne’cessite
un équipement
de
démarrage particulier qui permet d’obtenir
un couple
de démarrage progressif.
Anneaux de
court-circ/ÿ’éuit
Barres de cuivre
ou d'aluminium sièges
des courants induits
fig. 5. Bobinage
statorique
d'un moteur asynchrone triphasé.
fig. 6. Rotor
en court-circuit.
225

2. Fonction
magnétique
Le circuit magnétique statorique
fixe est le siège
du champ tournant qui agit
sur
le
rotor. Le
circuit
magnétique rotorique est
mobile en rotation ; les
deux
circuits sont
séparés par un entrefer .
Les circuits magnétique
et électrique du rotor (fig. 7) sont
mtlmement he’s et constituent
un ensemble
imprégné de résines
isolantes ; il en est de même pour le stator (fig.
8).
fig. 7. Rotor
de moteur asynchrone. fig.
8. Stator de moteur
asynchrone
avec bobinage.
3. Fonction mécanique
La fonction principale est d’assurer la position relative du
rotor et du stator,
réalisée par
le centrage des flasques,
l’entrefer étant de quelques dixièmes de milhm'e‘tre.
La transmission de l’énergie mécanique s’effectue par l’arbre solidaire
du rotor et
guidé en rotation par les roulements à billes.
La fixation de la machine est réalisée soit par des pattes de fixation,
soit par des
flasques—brides.
Le refroidissement est assuré par un ventilateur à l’extérieur et par un brasseur d’air
à l’intérieur (fig. 4).
4. Notions de bobinage
En triphasé, le stator comporte
trois enroule—
ments m'dépendants pouvant être couplés en
étoile
ou en triangle. Chacun de ces enroule-
ments est composé de sections
logées dans les
encoches du circuit magnétique (fig. 9).
a. Spire
Une spire comprend un conducteur aller et un
conducteur retour, soit deux conducteurs
actifs.
b. Faisceau
Le faisceau est l'ensemble des conducteurs
placés dans une encoche et parcourus
dans
le même sens par le courant
d'une phase.
c. Section
Une section est formée de deux faisceaux
reliés par les têtes de bobines.
Elle est carac-
térisée par son nombre de spires et son
pas.
d. Pas d'une
section
C 'est la distance entre deux lignes neutres consécutives : on l'appelle
aussi pas diamé—
tral
ou pas polaire.
fig. 9. Définitions.

III.
CARACTÉRISTIQUES
ÉLECTROMÉCANIQUES
1. Puissance
nominale
(PN ou Pu)
La puissance
nominale est la puissance mécanique disponible sur l’arbre moteur à sa
vitesse
nominale, elle s’exprime
en kilowatt (kW). On l’appelle la puissance utile. La
puissance
d’un moteur électrique est liée à son climensionnement et en particulier à sa
hauteur
d'axe en relation avec la
vitesse à obtenir (tableau II).
TABLEAU II.
Puissances nominales en fonction de la hauteur d’axe et du nombre de pôles.
Puissances nominales en service continu
Hauteur d’axe
2 pôles
3 000 min“
kW
‘ 0,09
' 0,12
" 0,18
" 0,25
” 0,37
" 0,55
0,75 - 1,1
" 1,5
1,5
(1.8) 2,2
3
4
5,5 - 7,5
(9)
11 - 15
18,5
22
' 0,09
" 0,12
" 0,18
' 0,25
' 0,37
0.55 - 0.75
(0.9)
1,1
(1,8) 1,5
2,2 - 3
4
5,5
(9) - 7,5
11
15
18,5
’ 0,12 — 0.18
' 0.25
' 0,25
0,37
- 0,55
0,75
1,1
1,5
2,2
3
4 - 5,5
7,5
11
22
30
37
45
55
75
90
1 10
1 32
15
30 - 37
45
55
75
90
1 10
132
' Hauteur d'axe / Puissance : non normalisé.
Chiffres entre parenthèses : valeurs de la 29 série selon
norme CEI 72—1.
30
45
55
75
90
2. Vitesse nominale
La
vitesse nominale est la vitesse de l’arbre à la puissance
nomm’ale.
Il faut distin'guer
la vitesse du champ tournant du stator, ou Vitesse de synchronisme,
f
n:—
P
n : vitesse de synchronisme, en
tr / s
f
: fréquence du réseau, en hertz Hz
p : nombre de paires de pôles
La
vitesse de rotation
du rotor est inférieure à la celle du champ tournant ,' l’écart entre
ces deux vitesses est caractérisé par
le glissement donné par la relation :
ns — nr
g.—
1’15
avec
.'
g :glissement
HS: vitesse
stator
nr
: vitesse rotor
3. Intensité
nominale (IN
ou In)
L’intensité
nominale
est la valeur de l’m'tensité
à puissance nominale donnée pour
la
tension
d’alimentation.
Selon le couplage
des
enroulements, on a deux valeurs.
.227