précisent quel est le contenu minimum du rapport (variable d`une

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ELEC2753
Laboratoire
2012
Séance de laboratoire relative au moteur asynchrone
Dernière révision le 23/03/2012, E. Matagne
Cette séance a pour buts
- de déterminer la valeur des éléments d'un circuit équivalent et de comparer les
caractéristiques expérimentales (voir ci-dessous) aux mêmes caractéristiques déduites du
circuit équivalent. Le circuit équivalent comportera une réactance non linéaire et la
dépendance de celle-ci vis-à-vis de sa tension sera précisée par un tableau de valeurs et le
graphique correspondant.
- de relever, dans la zone normale de fonctionnement, les caractéristiques suivantes d'un
moteur asynchrone
§ la puissance électrique consommée en fonction du glissement [pas en 2012]
§ la puissance réactive consommée en fonction du glissement [pas en 2012]
§ le diagramme Q, P (dit diagramme du cercle) en indiquant pour chaque point
expérimental la position du point calculé grâce au circuit équivalent avec le même
glissement et la valeur de ce glissement sous forme d’étiquette.
§ cos  en fonction de la puissance utile Put [pas à faire en 2012]
§ le courant consommé I en fonction de la puissance utile Put
§ rendement  en fonction de la puissance utile Put [pas à faire en 2012]
§ couple utile Cut en fonction de la vitesse N (en t/m)
A. Rappels théoriques
Différents modèles (circuits équivalents monophasés) de la machine asynchrone ont été
présentés et analysés au cours (semaine 5). Si vous utilisez pour en déterminer les paramètres
des approximations de calcul, vous devez les justifier a posteriori.
B. Réalisation des essais
Matériel utilisé :
-
moteur asynchrone triphasé
pour certains groupes, une résistance de démarrage
autotransformateur de réglage de la tension
wattmètre, voltmètre, ampèremètres, transformateurs de courant, pont de mesure des
résistances en DC
stroboscope, chronomètre
une charge mécanique (dynamo-frein ou frein à courants de Foucault ou frein à limaille).
un dispositif de mesure du couple qui peut être
 soit un dynamomètre. Dans ce cas, le rotor de la charge mécanique est maintenu
en équilibre (vitesse constante) sous l'action du couple appliqué (en provenance
du moteur à l'essai) et du couple d'interaction entre rotor et stator de la charge
mécanique. Le stator (libre de tourner dans des paliers à roulements) est maintenu
en équilibre (à l'arrêt) sous l'effet du couple d'interaction précédent et de la force
appliquée à un levier par l'intermédiaire d'un dynamomètre. La lecture du
dynamomètre indique donc, au bras de levier près, la valeur du couple utile.
 soit un capteur de couple à transformateur tournant.
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0. Détermination des valeurs nominales du moteur à l'essai et examen visuel
Les valeurs nominales sont à lire sur la plaquette signalétique du moteur à l'essai, en tenant
compte des connexions (étoile, triangle). La valeur du courant nominal peut-elle se déduire de
la puissance et de la tension nominale ? Peut-on déduire des valeurs nominales le nombre de
paires de pôles du moteur ? Si oui, que vaut-il ?
Que vaut la vitesse de synchronisme du moteur ?
Le moteur est-il un moteur à rotor bobiné ou un moteur à cage ? Est-il muni d'un courtcircuiteur ?
Sachant que la résistivité du cuivre vaut environ 17 nm à 20°C et que la section des cordons
mis à votre disposition est de 2.5 mm2 , la résistance des cordons peut-elle perturber vos
mesures. Dans l’affirmative, comment procéder pour préserver la cohérence des mesures ?
1. Mesure de la résistance Rs
Effectuez les mesures DC (au pont ou par la méthode voltampèremétrique) permettant de
déterminer la résistance Rs . Notez soigneusement entre quels points vous faites ces mesures.
Ne pas oublier que le symbole RS peut s’interpréter comme la résistance d'une
branche étoile équivalente. La valeur obtenue est-elle supérieure ou inférieure à
celle qu’il faudrait considérer lors du fonctionnement normal de la machine ?
Les mesures sont à faire différemment selon que vous comptez, par la suite (sections 2 à 6),
faire vos essais en considérant que la résistance des cordons d’alimentation reliant les
instruments de mesure à la machine font, ou non, partie de la machine. Indiquez donc
clairement entre quels points les mesures ont été effectuées et comment vous en avez déduit la
valeur de Rs . La résistance étant sensible à la température, indiquez aussi si les mesures ont
été effectuées à froid (ce qui est normalement le cas en début de labo) ou à chaud (après un
essai en charge assez long). Il va de soi que la mesure doit être faite sans connecter à la
machine les appareils de mesure du banc triphasé utilisé aux sections suivantes.
2. Schéma général des connexions pour les essais ci-dessous
Le schéma général des connexions (à particulariser et à détailler en fonction du montage
réellement utilisé) est indiqué à la figure 2. Votre rapport contiendra le schéma réellement
utilisé (donc pas celui de la figure 2 tel quel !).
Figure 2
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Les voltmètres et ampèremètres utilisés indiquent-ils correctement la valeur efficace même en
présence d’harmoniques ?
Le schéma de câblage figurant dans votre rapport doit permettre d’illustrer les réponses aux
questions ci-dessous.
 Votre montage conduit-il à considérer la résistance des cordons d’alimentation reliant
les instruments de mesure à la machine comme faisant partie de cette dernière ? La
réponse à cette question est-elle cohérente avec la façon dont la résistance statorique a
été mesurée ?
 La mesure de la puissance est-elle correcte même en présence d’un déséquilibre du
système triphasé ?
 Quelle borne supérieure de l’erreur d’insertion commise sur la puissance en utilisant
ce montage pouvez-vous déterminer ?
3. Essai à rotor bloqué
Pour effectuer l'essai à rotor calé, on ajuste les calibres des appareils de mesure et on mesure
U, I, P en donnant au courant une valeur proche de la valeur nominale et en maintenant le
rotor à l’arrêt. S’il se met à tourner, coupez l’alimentation et bloquez le (ce qui peut
normalement se faire à la main avec les machines du laboratoire car le couple
électromagnétique est faible dans les conditions de cet essai) avant de réappliquer la tension.
Si vous lâchez le moteur et qu’il se met à tourner, n’essayez pas de le « rattraper » car son
couple augmente avec la vitesse de rotation.
Avant de mettre le montage hors tension, observez dans quel sens le moteur a tendance à
tourner.
Présentez les résultats dans un tableau similaire à celui ci-dessous.
Tableau I : résultats de l'essai à rotor calé (* moyenne des 3 valeurs précédentes)
URS
UST
UTR
UL
IR
IS
IT
IL
P
N° app.
Lect
--Cte
--Val
*
*
(V)
(V)
(V)
(V)
(A)
(A)
(A)
(A)
(W)
Quels sont les éléments du circuit équivalent qui ont une forte influence sur les
résultats de l’essai à rotor calé ?
4. Essai à faible charge
Durant cet essai, on doit pouvoir appliquer au moteur des tensions égales ou même
légèrement supérieures à sa tension nominale. De plus, lors du démarrage, le courant atteindra
des valeurs voisines du courant nominal. Quels sont les calibres des appareils de mesure qu’il
faut utiliser lors de cet essai ? Modifiez le montage en conséquence.
Le sens dans lequel le moteur va tourner (qui a été observé lors de l’essai précédent) convientil au dispositif de mesure du couple ? Si ce n’est pas le cas, comment convient-il de modifier
le montage ?
Le dispositif de mesure de la vitesse mis à votre disposition est-il suffisamment précis pour
que l’on puisse déduire de la mesure de vitesse la valeur du glissement avec une précision
satisfaisante ? Si ce n’est pas le cas, vous devrez réaliser la mesure de la vitesse en utilisant un
stroboscope. Vérifier dans ce cas que l'accouplement du moteur est muni d'un trait blanc ;
sinon, y tracer une ligne à la craie.
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Le démarrage se fera avec le couple antagoniste le plus faible possible (machine de charge
non alimentée). Pour effectuer le démarrage d’un moteur muni d'une résistance de
démarrage, après avoir mis le court-circuiteur éventuel en position de démarrage, on applique
la tension nominale (ce qui en pratique peut s'effectuer directement, mais surveillez tout de
même les ampèremètres !). La résistance de démarrage est alors progressivement éliminée et
ensuite seulement le court-circuiteur éventuel placé en position de travail.
Mesurez la vitesse à l'aide d'un stroboscope. Notez que les stroboscopes utilisés dans ce but
sont synchronisés sur le réseau : il est donc inutile de chercher à les régler exactement sur la
vitesse de rotation du moteur ! On les réglera sur la fréquence sous-multiple de celle du réseau
la plus proche de la vitesse de rotation N, soit le plus souvent la vitesse de synchronisme
Nsynchr . La vitesse réelle est déterminée en mesurant le nombre n de tours perdus par minute
par rapport à la fréquence Nstrob. du stroboscope et en calculant
N = Nstrob - n
S’il existe un tachymètre, notez aussi la valeur qu’il indique. Vous n’utiliserez les indications
du tachymètre dans vos calculs que si vous l’avez d’abord soigneusement étalonné par rapport
au stroboscope pris comme étalon.
Pour effectuer l'essai à faible charge, on mesure pour différentes tensions UL (dont
obligatoirement la tension nominale et une tension sensiblement inférieure la tension
nominale, d'autres valeurs n'étant examinées que si vous disposez du temps nécessaire), IL ,
P , ainsi que N et Cut (ce dernier est faible : il ne comporte que le frottement mécanique de la
machine de charge). Les résultats seront présentés sous forme de tableau.
Quels sont les éléments du circuit équivalent qui ont une forte influence sur les
résultats de l’essai à faible charge ? Compte tenu des résultats obtenus, les
approximations habituelles de calcul sont-elles acceptables ? Le courant
magnétisant jouera-t-il un rôle important lors d’un fonctionnement de la machine
en régime nominal ? Montrez sur un graphique que la saturation magnétique a
(ou n’a pas) des effets significatifs ?A partir du circuit équivalent, calculez la
puissance électrique et le couple mécanique pour la tension nominale et la vitesse
mesurée. Comparez les résultats aux valeurs expérimentales et expliquez les
écarts observés.
Ne coupez pas l'alimentation à la fin de l'essai à vide : on peut en effet enchaîner directement
avec l'essai suivant.
5. Essai en charge
Pour effectuer l'essai en charge, on alimente (demander à un enseignant comment procéder) la
machine de charge. On mesure, en maintenant la tension à sa valeur nominale, IR , IS , IT ,
Cut et N pour différentes valeurs de la charge (ne pas dépasser le courant nominal ni du
moteur testé ni de la charge), ce qui fournit les éléments nécessaires pour compléter le tableau
II et tracer les courbes nécessaires (voir buts du laboratoire). L'essai à faible charge effectué à
tension nominale sera incorporé à ce tableau. On peut aussi y incorporer les résultats de
l’essai à rotor bloqué mais seulement après avoir corrigé ceux-ci par calcul pour les ramener
à la tension nominale (ce calcul est possible parce que la machine se comporte pratiquement
comme une impédance linéaire lors de l’essai à rotor bloqué. Pourquoi est-ce le cas ?).
Ayant déterminé tous les éléments du circuit équivalent, sauf R’r , à partir des essais
précédents, déterminez la valeur de R’r qui permet de reproduire par calcul le plus fidèlement
possible les valeurs de la puissance électrique consommée en fonction du glissement ?
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D’après vos résultats, peut-on considérer R’r comme constant où sa valeur dépend-t-elle de
grandeurs telles que le glissement, le courant rotorique… Justifiez sur base de vos résultats
expérimentaux.
En utilisant la valeur de R’r obtenue, tracez les graphes demandés cette année (voir haut de
cette notice) en y comparant les courbes calculées et les points expérimentaux. Quelles sont
les principales sources des erreurs constatées ? L’étalonnage d’un des appareils mis à votre
disposition devrait-il être vérifié (réponse à justifier sur base des diagrammes obtenus) ?
3’. Facultatif : mesure du rapport de transformation et de Rr
Ces mesures ne sont possibles que sur une machine à rotor bobiné, ce qui limite leur intérêt
pratique. Elles se font sur la machine à l’arrêt et sans court-circuit rotorique.
La mesure du rapport de transformation s’effectue avec le même montage que celui de l’essai
à faible charge, mais avec le rotor est ouvert et connecté à un voltmètre ; on mesure les
tensions statoriques et rotoriques à l’arrêt.
La mesure de la résistance Rr se fait en DC soit avec un pont de mesure, soit par la méthode
voltampèremétrique. Dans le premier cas, la connexion doit être faite directement sur les
bagues du rotor pour éviter de mesurer la résistance de contact bague-balais.
Dans le second cas, l’alimentation en courant peut se faire via les bornes de la machines, mais
la mesure de tension se fera à l’endroit où le court-circuit rotorique est réalisé en
fonctionnement normal, c’est-à-dire soit directement sur les bagues, soit aux bornes.
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URS
N°
(V)
IR
N°
Lect
( UN) Cte =
Mesures
IT
IS
Val
(A)
N°
Lect
Cte =
Val
(A)
N°
Lect
Cte =
Val
(A)
P
N°
Lect
Cut
Val
(W)
N°
Lect
Val
(Nm)
N

Lect
(t/m)
Valeurs expérimentales déduites des mesures
I
N
Put
cos 




(A)
(t/m)
(W)
(%)
Cte =
Cte =
Essai à faible glissement (à tension nominale)
Essai en charge
Essai à rotor bloqué après mise à tension nominale (par calcul !)