MOTEUR ASYNCHRONE
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Bac Pro date : I- Champ tournant dans l'air 1- Utilisation d'un aimant Lorsque l'aimant en fer à cheval tourne autour de son axe vertical, il crée un champ tournant. L'aiguille aimantée et le cylindre de cuivre sont entraînés en rotation. L'aiguille aimantée tourne à la même vitesse que l'aimant (elle reste dans l'axe S N de l'aimant). Le cylindre de cuivre tourne plus lentement que l'aimant. Aiguille aimantée entraînée par la rotation de l'aimant Cylindre de cuivre entraîné par la rotation de l'aimant 2- Champ tournant produit par un système triphasé de courants a) 1ère expérience 1 Trois bobines à noyau de fer, identiques, décalés de 120°, sont alimentées par un système triphasé de courants (f = 50 Hz) dont les intensités sont les suivantes : i2 = I 2 cos(t – Error!) S N 2 i1 = I 2 cos t i3 = I Error! cos( t – Error!) L'aiguille aimantée tourne spontanément. Sa fréquence de rotation, mesurée à l'aide d'un stroboscope, est de 50 tr/s. 3 N Les sens des bobinages sont repérés : les bornes homologues ont des points L'ensemble des trois bobines crée un champ tournant dans l'air. Celui-ci est mis en évidence par la rotation de l'aiguille à une fréquence égale à celle des courants qui parcourent les bobines. La fréquence de rotation du champ tournant est appelée fréquence de synchronisme ns. b) 2ème expérience Permutons les liaisons de deux bobines au réseau. L'aiguille aimantée tourne encore spontanément mais dans le sens inverse. Sa fréquence de rotation reste inchangée. La permutation de deux phases provoque l'inversion du sens de rotation du champ tournant. c) 3ème expérience Un cylindre de cuivre est placé au centre du système des trois bobines. Le cylindre tourne spontanément à une fréquence très inférieure à celle de l'aiguille aimantée. La fréquence de rotation du cylindre est très inférieure à la fréquence de synchronisme: la rotation du cylindre est asynchrone. La permutation de deux phases provoque le changement du sens de rotation du cylindre. Ph. Georges Sciences 1/5 II- Principe de fonctionnement Le moteur asynchrone triphasé est aussi nommé moteur à induction. Le stator est alimenté par le réseau d'énergie. Le rotor en court-circuit est libre de tourner à l'intérieur du stator. Les courants triphasés alimentant le stator donnent naissance à un champ tournant qui induit des courants dans les conducteurs du rotor. L'action du champ tournant sur les courants rotoriques génère des forces électromagnétiques qui font tourner le rotor. Le bobinage du stator produit un champ tournant. Chaque bobine du stator, parcourue par un courant sinusoïdal, produit sur son axe un champ sinusoïdal. Les trois bobines forment un système triphasé équilibré de courants d'où la formation d'un système triphasé équilibré de champ, le champ tournant. La fréquence de rotation du champ tournant est la fréquence de synchronisme ns. Le circuit du rotor est parcouru par des courants induits. Le champ sinusoïdal produit dans les conducteurs du rotor une variation de flux. Toute variation de flux dans un circuit fermé donne naissance à un courant induit (Loi de Faraday). Tout conducteur parcouru par un courant, placé dans un champ d'induction magnétique, est soumis à une force électromagnétique, la force de Laplace (Loi de Laplace). Le rotor tourne à une fréquence de rotation n inférieure à la fréquence de synchronisme ns. Le sens du courant induit est tel que les effets qu'il produit s'opposent à la cause qui lui a donnée naissance (Loi de Lenz). Les effets sont les forces de Laplace. Elles doivent s'opposer à la cause du courant induit, la rotation du champ tournant. Les forces de Laplace entraînent le rotor en rotation et tendent à déplacer les conducteurs à la vitesse de synchronisme. Si le rotor tournait à la fréquence de synchronisme il n'y aurait pas de courants induits, donc pas de force de Laplace et par conséquent pas de rotation du rotor. La fréquence de rotation du rotor demeure inférieure à la fréquence de synchronisme du champ tournant. Point de vue : un observateur entraîné par le champ tournant voit le rotor tourner à l'envers à une vitesse très faible. Le rotor glisse par rapport au champ tournant. Les mouvements sont relatifs (dépassement d'une auto). Le champ rotorique tourne par rapport au rotor à la vitesse angulaire de glissement ou vitesse relative rs - nr = ns - n). Le champ rotorique tourne par rapport au stator à s = r. Les deux champs sont synchrones et ils forment un champ unique à répartition sinusoïdale. III- Fréquence de rotation La fréquence du champ tournant ou fréquence de synchronisme est donnée par la relation : ns = Error! avec ns : vitesse en tr/s. f : fréquence en Hz. p : nombre de paires de pôles par phase. La vitesse angulaire de synchronisme est : sns en rad.s – 1 Limites des fréquences de rotation Pour une fréquence donnée, la fréquence de rotation ne dépend que du facteur de construction : le nombre de paires de pôles. La limite haute des fréquences de rotation est définie par le nombre minimal de pôles, soit 1. Elle est de 3000 tr/min pour 50 Hz. La limite inférieure est fonction des contraintes technologiques liées au positionnement du nombre de paires de pôles ; en général la fréquence minimale est de 500 tr/min, soit 6 paires de pôles. f = 50 Hz p ns (tr/min) 1 3000 2 1500 3 1000 4 750 5 600 6 500 Bac Pro date : IV- Glissement Le rotor tourne à une fréquence n inférieure à la fréquence de synchronisme ns. La différence de fréquence ns – n est dite fréquence de glissement. Le glissement g est le rapport de la fréquence de glissement par la fréquence de synchronisme. g = Error! ou g = 1 – Error! V- Bilan des puissances - Couple transmis - Rendement Puissance ABSORBÉE électrique Pa Stator Pertes Joule Pa = UI 3 cos Stator Pertes fer pjs = Error! r I2 r : résistance entre 2 bornes Pt = Pa – pjs – pfs Mem : moment du couple électromagnétique Puissance TRANSMIS E au rotor Pt = M em S pjr = g Pt Rotor Pertes Joule Rotor Pertes mécaniques Pu = Mem – pm Pu = Pt (1 – g) – pm Pu = Mu Puissance UTILE mécanique Pu Les pertes fer rotoriques dépendent du produit g f Comme g est très faible, elles sont négligeables en marche normale. Pertes Joule rotoriques : pjr = Pt – pméca = Mem s – Mem. = Mem ( .s – ) = g Mem.s = g Pt Les pertes magnétique et mécanique sont souvent associées. Elles sont constantes à fréquence d'alimentation invariable et peuvent par conséquent être mesurées à vide. Ce sont les "pertes collectives". Pertes Joule statoriques Résistance pertes Joule Ph. Georges Montage en étoile Montage en triangle r (mesurée entre deux bornes) 2R R (d'un enroulement) Error! Error! Error! pour chaque enroulement pour le système triphasé R.I2 R.J2 3 R.I2 3 R.J2 = R.I2 Sciences 3/5 Error! rI² Error! rI² VI- Couplage du moteur asynchrone triphasé Un moteur porte sur la plaque signalétique une indication du type 230/400 V. La première valeur, 230 V, indique la tension normale aux bornes d'un enroulement statorique. Si l'on dispose d'une alimentation 230/400 V, chaque enroulement doit être soumis à la tension simple V = 230 V et le moteur est par conséquent branché en "étoile". 1- Couplage étoile Les bornes normalisées U1, V1, W1 sont souvent repérées U, V, W et les bornes normalisées U2, V2, W2 repérées X, Y, Z. U1 V1 U1 W1 V U U2 W2 U2 + V2 + W2 V1 V2 W1 2- Couplage triangle U1 V1 W1 U1 + W2 U V1 + U2 W1 + V2 W2 U2 V2 VII- Indications portées sur la plaque signalétique Tension entre phases suivant le couplage. Intensité par phase suivant le couplage. Fréquence de rotation en tr/min. Puissance disponible sur l'arbre moteur : la puissance mécanique utile. Moment du couple exprimé en m.daN Température donnée en degré Kelvin. Indice de protection IP 1er chiffre : protection contre les poussières ABB MOTORS Mot.as MEUL 280 M 4 3 Cos N° FL 512 825 ~ kW 90 Cl F 50 Hz IP 54 V 230 V 400 Y /min 1480 S 1 Rot V A Cl 0,87 100 640 280 157 CUIRACEM MADE IN FRANCE IEC 34.1 K kg A A Bac Pro date : 2ème chiffre : protection contre l'eau 3ème chiffre : protection contre les chocs mécaniques Exemples : Ph. Georges IP 237 moteur protégé IP 447 moteur fermé Sciences IP 557 moteur étanche 5/5
