Format «

Machines asynchrones
I.Présentation...................................................................................................................................................2
1.Constitution et principe de fonctionnement..............................................................................................2
2.Moteur ou génératrice...............................................................................................................................2
3.Le glissement............................................................................................................................................2
II.Le schéma équivalent...................................................................................................................................2
1.Mise en place pour une phase...................................................................................................................2
2.Simplification du schéma.........................................................................................................................3
a.Position du problème...........................................................................................................................3
b.Conséquences......................................................................................................................................3
3.Schémas équivalents usuels......................................................................................................................3
4.Détermination des éléments du schéma équivalent...................................................................................3
a.Essai à vide avec le rotor en court-circuit............................................................................................3
b.Essai avec le rotor en court-circuit, bloqué et sous tension réduite......................................................4
III.Bilan de puissance......................................................................................................................................6
1.Fonctionnement en moteur.......................................................................................................................6
2.Fonctionnement en génératrice.................................................................................................................7
IV.Couple électromagnétique..........................................................................................................................8
1.Introduction..............................................................................................................................................8
2.Expression du couple électromagnétique en fonction des éléments du schéma équivalent.......................8
3.Courbe représentative de l'évolution du couple en fonction du glissement...............................................8
a.Asymptotes et points particuliers.........................................................................................................8
b.Courbe représentative..........................................................................................................................8
c.Évolution du couple électromagnétique en fonction de la vitesse (en tr/min)......................................8
d.Fonctionnements moteur et génératrice...............................................................................................8
4.Stabilité du fonctionnement......................................................................................................................9
a.Point de fonctionnement......................................................................................................................9
b.Condition de stabilité...........................................................................................................................9
c.Exemples.............................................................................................................................................9
V.Diagramme vectoriel des intensités (appelé aussi diagramme du cercle)...................................................15
1.Introduction............................................................................................................................................15
2.Trajet du point de fonctionnement :........................................................................................................15
3.Propriété.................................................................................................................................................16
VI.Démarrage et variation de vitesse.............................................................................................................16
1.Introduction............................................................................................................................................16
2.Action sur la valeur efficace des tensions statoriques.............................................................................16
3.Action sur la résistance rotorique............................................................................................................17
4.Fonctionnement à V/f constante.............................................................................................................18
5.Variation du nombre de pôles.................................................................................................................19
6.Changement du sens de rotation.............................................................................................................19
VII.Fonctionnement en génératrice (parfois appelé alternateur asynchrone).................................................27
1.Réversibilité............................................................................................................................................27
2.Utilisation...............................................................................................................................................28
a.Freinage.............................................................................................................................................28
b.Fourniture d’énergie à un réseau........................................................................................................28
c.Production d’énergie en site isolé......................................................................................................32

I. Présentation
1. Constitution et principe de fonctionnement
2. Moteur ou génératrice
3. Le glissement
Exercice 1 (Une seule réponse possible)
1. Un moteur comporte quatre pôles, il est alimenté par
un réseau triphasé de fréquence 50 Hz. Sa vitesse de
synchronisme vaut :
 1500 tr/min  3000 tr/min  750 tr/min
2. La vitesse de synchronisme d’un moteur est égale à
1000 tr/min, son arbre tourne à 970 tr/min. Le
glissement est égal à :
 3 %  3,1 %  -3 %
3. Un moteur comporte une paire de pôles. Il est
alimenté sous 50 Hz et tourne à 2900 tr/min. Le
glissement est égal à :
 3,4 %  3,3 %  -3,3 %
4. Une machine comportant deux paires de pôles est
alimentée par un réseau triphasé de fréquence 50 Hz.
Son arbre tourne à 1600 tr/min. Le glissement est égal
à :
 - 6,7%  - 6,2 %  6,7 %
5. Un moteur comportant trois paires de pôles est
alimenté par un réseau triphasé de fréquence 50 Hz.
Son glissement vaut 5%. L’arbre tourne à :
 1000 tr/min  995 tr/min  950 tr/min
6. Un moteur triphasé est alimenté par un réseau
triphasé de fréquence 50 Hz. À l’arrêt son glissement
est égal à :
 0  1  Impossible à définir
7. La vitesse de synchronisme d’un moteur alimenté
sous 50 Hz est égale à 1500 tr/min. Le moteur
comporte :
 une paire  deux paires  quatre paires
de pôles
8. La vitesse de synchronisme d’un moteur alimenté
sous 50 Hz vaut 1000 tr/min. Lorsque la fréquence est
égale à 25 Hz, la vitesse de synchronisme est de :
 1000 tr/min  500 tr/min  2000 tr/min
9. Quelle est la fréquence de l’alimentation triphasée
d’un moteur comportant six pôles dont la vitesse de
synchronisme vaut 1000 tr/min ?
 157 Hz  50 Hz  25 Hz
10. La vitesse de synchronisme d’une machine
alimentée sous 50 Hz vaut 1500 tr/min. Si sa vitesse est
égale à 1550 tr/min, elle fonctionne en :
 Moteur  Génératrice  Impossible à définir
11. Un moteur comportant quatre pôles est alimenté par
un réseau triphasé de fréquence 50 Hz et tourne à 1350
tr/min. La fréquence des courants rotoriques est égale
à :
 5 Hz  50 Hz  Impossible à déterminer
12. Lorsqu’un moteur, alimenté sous tension de
fréquence fixe, accélère, son glissement :
 augmente  diminue  Impossible à
déterminer
II. Le schéma équivalent
1. Mise en place pour une phase
Machines asynchrones Page 2 TS2 ET 2014-2015

2. Simplification du schéma
a. Position du problème
b. Conséquences
3. Schémas équivalents usuels
Req et Leq sont les impédances rotoriques ramenées au stator.
•Lorsque les pertes dans le fer sont négligeables,
•Représentation de l'inductance de fuites au stator
4. Détermination des éléments du schéma équivalent
Le schéma équivalent étudié est représenté ci-contre :
Les essais à faire pour déterminer les éléments sont
identiques pour toutes les machines asynchrones.
Dans ce qui suit, des valeurs numériques sont
proposées. Les tensions statoriques ont une fréquence
égale à 50 Hz.
a. Essai à vide avec le rotor en court-circuit.
La valeur efficace des tensions statoriques est nominale ainsi que leur fréquence.
Machines asynchrones Page 3 TS2 ET 2014-2015

Aucune charge mécanique n’est accouplée sur l’arbre. La vitesse de rotation est supposée égale à la vitesse de
synchronisme.
➢On mesure Vs, Is0 et Ps0 (wattmètre triphasé ou méthode des deux wattmètres ou
wattmètre monophasé correctement branché).
•Représenter le schéma de câblage pour cet essai et indiquer le mode opératoire
Vs = 230 V
Is0 = 2,8 A
Ps0 = 200 W
•Quelle est la valeur du glissement pour cet essai ? En déduire la valeur de Ist. Représenter le schéma équivalent
« utile » pour cet essai.
•Quel élément consomme de la puissance active ? Quel élément consomme de la puissance réactive ?
➢Rappeler les relations entre :
•la puissance active pour l’essai à vide, l’un des éléments du schéma équivalent et la valeur efficace de la tension
ou de l’intensité.
•la puissance réactive pour l’essai à vide, l’un des éléments du schéma équivalent et la valeur efficace de la
tension ou de l’intensité.
•En déduire les relations permettant le calcul de Lm et Rf à partir des grandeurs mesurées dans cet essai.
Remarques :
•Pour atteindre la vitesse de synchronisme, un moteur auxiliaire peut être accouplé avec la machine asynchrone, il
fournit alors les pertes mécaniques.
•Si aucune machine auxiliaire n’est utilisable, il est possible de séparer les pertes fer des pertes mécaniques en
relevant l’évolution des pertes à vide en fonction du carré de la valeur efficace de la tension d’alimentation. La
prolongation de cette courbe (théoriquement une droite) vers l’axe des ordonnées donne les pertes mécaniques.
En effet si la valeur efficace des tensions est nulle alors les pertes dans le fer sont nulles et il ne reste que les
pertes mécaniques.
•Si la résistance statorique n’est pas négligeable (cas des machines de faible puissance), il est possible de la
mesurer lors d’un essai en continu. Lors de l’essai à vide, les pertes par effet Joule au stator devront être prises
en compte.
b. Essai avec le rotor en court-circuit, bloqué et sous tension réduite.
L’arbre est bloqué par un frein à poudre ou un sabot. Le moteur est à l’arrêt. La valeur efficace des tensions
statoriques est réglée pour que l’intensité efficace des courants statoriques soit nominale.
➢On mesure Vscc, Iscc et Pscc (wattmètre triphasé ou méthode des deux wattmètres ou wattmètre
monophasé correctement branché).
•Représenter le schéma de câblage pour cet essai et indiquer le mode opératoire
Vscc = 40 V
Iscc = 4,8 A
Pscc = 230 W
•Quelle est la valeur de g lors de cet essai ? Représenter le schéma équivalent utile pour cet essai.
•Quels éléments consomment de la puissance active ? Quels éléments consomment de la puissance réactive ?
•Exprimer la puissance Pfcc consommée par Rf lors de cet essai. En déduire l’expression de la puissance
consommée par la résistance R en fonction de Vscc, Pscc et Rf.
•Calculer les pertes par effet Joule au rotor.
•Calculer jscc (le calcul de son cosinus permet de le déterminer), l’intensité est en retard sur la tension.
•Représenter Iscc, Is0cc et Istcc sur un diagramme de Fresnel (Vscc est placé verticalement et orienté vers le haut). Lire
Istcc sur le diagramme de Fresnel (il est aussi possible de déterminer Istcc en utilisant les nombres complexes).
•Exprimer les pertes par effet Joule au rotor en fonction de R et de Istcc. En déduire R.
➢En appliquant la même démarche avec la puissance réactive, déterminer L.
Exercice 2
On considère une machine dont les caractéristiques sont les suivantes :
•220 V – 380 V 4 pôles, le stator est couplé en étoile
•Rotor bobiné couplé en étoile, en court circuit
•Alimentation : 380 V – 50 Hz
Un essai à vide, sous tension nominale, a permis de mesurer l’intensité du courant en ligné : I0 = 10,5 A, et la
puissance absorbée : P0 = 1,16 kW.
Machines asynchrones Page 4 TS2 ET 2014-2015

Un essai en charge nominale, sous tension nominale, a permis de mesurer l’intensité du courant en ligne :
Inom = 23 A, la puissance absorbée : Panom = 12,6 kW et le glissement gnom = 0,038.
On néglige dans ce qui suit les résistances et inductances de fuites
statoriques ainsi que les pertes mécaniques. On donne ci-contre, le
schéma équivalent simplifié d’une phase de la machine.
1. Exploitation de l’essai à vide :
Calculer le facteur de puissance de la machine à vide ; calculer les
valeurs de R0 et X0.
2. Exploitation de l’essai nominal :
a. En raisonnant sur une phase, calculer les puissances active P2, réactive Q2 et apparents S2 consommées par le
dipôle (D).
b. Calculer les valeurs de R2 et X2.
Exercice 3 (Une seule réponse possible)
On étudie une machine dont le schéma équivalent pour une phase est
représenté ci-contre.
Indications relevées sur la plaque signalétique :
400 V ; 45 A ; 24 kW ; 1450 tr/min
Un essai à vide à la vitesse de synchronisme a permis de mesurer la
puissance P = 1300 W, la valeur efficace des tensions composées
U = 400 V et l’intensité efficace des courants en ligne I = 15 A.
Un essai en court circuit rotor bloqué a permis de mesurer la puissance P = 1450 W, la valeur efficace des tensions
composées U = 63 V et l’intensité efficace des courants en ligne I = 45 A.
1. Lors d’un essai à vide à la vitesse de synchronisme (rotor court-circuité), le schéma équivalent devient :
2. Lors de l’essai à vide, la puissance apparente est
égale à (en kVA) :
 31,2  10,4  18,0  54,0
3. Lors de l’essai à vide, la puissance réactive est égale
à (en kvar) :
 31,1  10,3  17,9  54,0
4. La résistance équivalente Rf a pour valeur :
 110 W 40,7 W 123 W
5. L’inductance magnétisante Lm a pour valeur (en
mH) :
 16,3  49,4  28,4  9,4
6. Lors de l’essai en court circuit rotor bloqué, la
puissance réactive est égale à (en kvar) :
 4,69  8,38  759
7. Lors de l’essai en court circuit rotor bloqué, la
puissance pour l'ensemble des résistances est égale à :
 36 W  97,5 W  32,3 W
8. Lors de l’essai en court circuit rotor bloqué ,
l’intensité dans la résistance R est égale à :
 38,0 A  45,0 A  42,6 A
9. La résistance équivalente R a pour valeur :
 0,781 W 0,260 W 0,233 W
Machines asynchrones Page 5 TS2 ET 2014-2015