Moteurs à courant alternatif

Moteur Asynchrone d'un remonte-pentes
Le moteur asynchrone triphasé tétrapolaire utilisé fonctionne en charge avec un courant en
ligne de 150 A ; il est alimenté par un réseau 23 0 V / 400 V ; 50 Hz.
Le glissement du moteur est g = 3 %, son rendement  = 90%. Calculer :
A.2. 1. Pa, la puissance active absorbée par le moteur ;
A.2.2. la fréquence de synchronisme ns (en tr/min);
A.2.3. la fréquence de rotation n du moteur (en tr/min).
3°) 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.3.1. les pertes par effet Joule au stator Pjs
A.3.2. la puissance transmise au rotor Ptr (prendre Pa = 83,5 kW) ;
A.3.3. les pertes par effet Joule au rotor Pjr.
Moteurs à courant alternatif
1. Introduction
Les travaux pratiques G4 et G5 forment un tout que l'on ne pourrait séparer sans ôter de
l'intérêt à chacun d'eux. En effet, si le TP G4 traite des moteurs à courant continu, le TP G5,
lui, traite des moteurs à courant alternatif.
Nous avons assez insisté dans l'introduction précédente (c.f. Rapport G4) sur l'importance des
moteurs électriques dans notre monde. Il convient ici de relever plus particulièrement la
différence entre moteurs à courant continu et ceux à courant alternatif. Les deux types de
moteurs sont aussi prisés: selon l'application on se décidera pour l'un ou l'autre type. En effet,
les moteurs à pile, donc généralement de taille réduites, sont à courant continu, alors que les
grand moteurs, qui doivent fournir une puissance élevée, sont à courant alternatif. Il faut aussi
considérer le fait que le réseau électrique fournit une tension alternative, ce qui veut dire qu'un
moteur qui doit fonctionner dans ces conditions standards doit marcher à courant alternatif à
moins qu'on veuille lui adjoindre un redresseur de tension.
2. Principe de fonctionnement des moteurs à courant alternatif
Nous n'allons exposer que les principes fondamentales du fonctionnement des moteurs à
courant alternatif.
On distingue en générale entre deux différents types de moteurs à courant alternatif:
 Moteur synchrone (même principes physiques que les moteurs à courant continu):
Une spire parcourue par un courant et plongée dans un champ magnétique B, que l'on

suppose uniforme, s'oriente automatiquement de façon à rendre maximal le flux B à
travers une surface délimitée par la spire. Ce phénomène est connu sous le nom de
"règle du flux maximal" et s'explique par le fait que la spire, puisqu'elle est parcourue
par un courant, subit la force de Laplace . Elle induit un moment qui provoque la
rotation de la spire dans le sens d'une augmentation du flux.
Si le champ B tourne, la spire, subissant le couple, est entraînée dans la rotation.
 Moteur asynchrone:
Le rotor n'est pas relié au réseau ou à un générateur quelconque, il est constitué d'un
bobinage fermé sur lui-même. Si l'on plonge le tout dans un champ magnétique
tournant (par exemple créé par trois bobines alimentées par un courant triphasé) il y
aura un courant induit dans le rotor, qui crée à son tour un champ magnétique. D'après
les lois de l'électromagnetisme [1] un couple apparait et entraîne le rotor à tourner
dans le même sens que le champ magnétique.
La vitesse de rotation du rotor est inférieure à celle du champs B, puisque, si elle
atteindrait la même vitesse que le champs, aucun courant ne sera plus induit dans le
rotor, ce qui fera disparaitre le champ magnetique induit par le rotor. Ainsi il n'y aura
plus de couple apparaissant.
3. Buts de la manipulation
Comme expliqué au 2 on distingue entre les moteurs synchrones et les moteurs asynchrones.
Un moteur de chaque type a été choisi pour être l'objet d'une expérience, car nous avons
décidé de nous concentrer seulement sur peu d'expériences en faveur de mesures plus
nombreuses et plus exactes.
Moteur synchrone
Dans le TP précédant les moteurs à courant continus avaient été traités. C'est pourquoi cette
fois les expériences effectuées étaient choisies telles qu'elles peuvent être directement
comparées avec les expériences de la dernière fois pour finalement permettre de faire des
conclusions directes concernant quelques grandeurs caractéristiques des moteurs. Ces
grandeurs sont notamment: rendement et vitesse de rotation en fonction de différents
paramètres.
Moteur asynchrone
Pour ne pas alourdir ce TP, les observations concernant le moteur à courant triphasé ne sont
que qualitatives et le moins quantitatives possible. Il ne s'agissait que de construire un tel
moteur (cf. fig. 8a), et observer le fonctionnement. En plus il était intéressant de construire
l'alimentation du moteur (i.e. le courant triphasé) à partir d'une petite construction faite "à la
main".
4. Experiences
4.1. Moteur synchrone
Montage expérimental (montage en série)

Fig. 1. Montage expérimental du moteur à courant alternatif (montage en série)
Résultats
Vitesse de rotation en fonction de différents paramètres
Les mesures ont été effectuées en fonction de trois paramètres:
1. le type de rotor. Les trois rotors considérés sont les rotors biphasés, triphasés et en
tambour, qui sont de formes respectives:
Fig. 2. Rotor biphasé
Fig. 3. Rotor triphasé
Fig. 4. Rotor en tambour
2. la puissance électrique fournie par le générateur
3. la forme de la pièce de métal juste au dessous et au dessus du rotor qui ont pour but de
dériver le champ magnétique dans le bon sens (cf. * au fig 1). Les deux pièces
considérées sont de formes respectives:
Fig. 5. Forme A
Fig. 6. Forme B

Notons que le point No 3 n'a pas pu être réalisé, puisque avec la pièce B le champ magnétique
agissant sur le rotor est tellement faible que le rotor ne tourne qu'avec la puissance maximale
possible. C'est pourquoi nous devons nous contenter avec le résultat qualitative que la pièce A
- étant plus étroite que B - concentre mieux les lignes de champs du champ magnetique, et
que des mesures sont rendues impossibles si l'on se sert de la pièce B. Ainsi toutes les
considerations, mesures, etc... qui suivent ne concernent que la pièce A.
Les mesures quantitatives (avec le calcul d'erreur) sont données en annexe ( 8.1). Les
représentations graphiques se trouvent ici:
Fig. 7a. Rotor bipolaire

Fig. 7b. Rotor tripolaire
Fig. 7c. Rotor en tambour
Figs. 7a, b, c. Vitesse de rotation en fonction de la puissance électrique fournie
Les cases autour d'un point sont des "cases d'erreur". La valeur "vraie" doit se trouver
dedans.
Rendement
Contrairement au TP précédant la mesure du rendement n'a pas été effectuée à l'aide d'une
poulie, mais par l'intermédiaire d'une masse à soulever (cf. 8.2). Malheureusement le
rendement n'a été relevé que pour la puissance maximale, donc la question, comment le
rendement varie en fonction de la puissance électrique fournie reste sans réponse. Les valeurs
mesurées sont données en annexe 2, les valeurs moyennes sont les suivantes:
Remarques
Vitesse de rotation: dans les trois cas rotor bipolaire - rotor tripolaire - rotor en tambour une
certaine linéarité entre la puissance électrique et la vitesse de rotation peut être constatée. Bien
qu'il y ait déjà beaucoup plus de mesures qu'au TP précédent rien ne nous permet de postuler
une linéarité stricte (au contraire, chaque machine a une caractéristique puissance - vitesse de
rotation, qui est loin d'être linéaire). Ce qu'il faut remarquer, c'est que la machine ne demarre