Le Moteur Asynchrone

Le moteur asynchrone. Edition du 11/01/2006 I
D. Tschirhart, classe de mathématiques spéciales TSI, Lycée Léonce Vieljeux LA ROCHELLE.
LE MOTEUR ASYNCHRONE
1. Principe.....................................................................................................................1
1.1. Création du champ tournant..........................................................................1
1.2. Calcul de la vitesse du champ......................................................................2
1.3. Principe du moteur asynchrone....................................................................2
1.4. Glissement....................................................................................................2
1.5. Champ tournant produit par le rotor..............................................................2
1.5.1. Bilan des puissances.......................................................................2
1.6. Rendement....................................................................................................3
1.6.1. Définition du rendement...................................................................3
1.6.2. Valeur limite du rendement (ou rendement du rotor).......................4
1.6.3. Mesure du rendement par la méthode des pertes séparées............4
2. Etude théorique du moteur asynchrone................................................................5
2.1. F.E.M. théorique...........................................................................................5
2.2. Circuit équivalent du moteur asynchrone......................................................6
2.2.1. Rotor à l'arrêt, enroulement rotorique ouvert...................................6
2.2.2. Rotor en rotation, enroulement rotorique en court-circuit.................7
2.3. Etude du couple du moteur asynchrone........................................................8
2.3.1. Equation du couple...........................................................................8
2.3.2. Etude de la caractéristique du couple..............................................9
3. Types de moteurs asynchrones...........................................................................10
3.1. Conditions...................................................................................................10
3.2. Moteur à rotor bobiné..................................................................................10
3.3. Moteur à cages...........................................................................................11
3.3.1. Cage simple...................................................................................11
3.3.2. Double cage...................................................................................11
3.3.3. Rotor à déplacement de courant....................................................11
4. Démarrage des moteurs asynchrones.................................................................11
4.1. Conditions...................................................................................................11
4.2. Démarrage direct........................................................................................11
4.3. Démarrage par action sur la tension d'alimentation du stator.....................11
4.3.1. Démarrage statorique....................................................................12
4.3.2. Démarrage étoile/triangle (Y/D).....................................................12
4.3.3. Démarrage par autotransformateur................................................13
4.4. Démarrage des moteurs à bagues..............................................................13
5. Freinage des moteurs asynchrones....................................................................14
5.1. Freinage par inversion du champ tournant..................................................14

Le moteur asynchrone. Edition du 11/01/2006 II
D. Tschirhart, classe de mathématiques spéciales TSI, Lycée Léonce Vieljeux LA ROCHELLE.
5.2. Freinage par injection de courant continu dans le stator............................14
6. Réglage de la vitesse des moteurs asynchrones...............................................14
6.1. Réglage par action sur le glissement..........................................................14
6.2. Réglage par action sur la vitesse du champ tournant.................................15
7. Essai du moteur asynchrone................................................................................16
7.1. Mesure du glissement.................................................................................16
7.2. Séparation des pertes.................................................................................16
7.2.1. Pertes cuivre stator........................................................................16
7.2.2. Pertes fer stator..............................................................................16
7.2.3. Pertes mécaniques........................................................................16
7.3. Détermination du rendement nominal.........................................................16
8. Détermination des éléments du modèle simplifié du moteur asynchrone.......16
8.1. Bilan des puissances..................................................................................16
8.2. Détermination des éléments.......................................................................17
8.3. Essais à effectuer.......................................................................................18
Exercices et problèmes.............................................................................................19
1. Moteur asynchrone: caractéristiques.............................................................19
2. Moteur asynchrone: réglage de vitesse.........................................................20
3. Moteur asynchrone : modèle, démarrage......................................................20
4. Essais du moteur asynchrone........................................................................21

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D. Tschirhart, classe de mathématiques spéciales TSI, Lycée Léonce Vieljeux LA ROCHELLE.
LE MOTEUR ASYNCHRONE
1. PRINCIPE
1.1. CREATION DU CHAMP TOURNANT
Valeur des courants à l'instant 0
Valeur des courants à l'instant
t=0
Valeur des courants à l'instant
t=2p/3w
Valeur des courants à l'instant
t=4p/3w
Position angulaire du champ
tournant à l'instant t=0
Position angulaire du champ
tournant à l'instant t=2p/3w
Position angulaire du champ
tournant à l'instant t=4p/3w

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1.2. CALCUL DE LA VITESSE DU CHAMP
Soit f : fréquence du réseau (f=50 Hz)
w: pulsation = 2pf = 314 rd/s
p : nombre de paires de pôles du champ tournant
W=
w
p exemple f = 50 Hz, p=1, W=100p rd/s n = 100p/2p= 50 tr/s
1.3. PRINCIPE DU MOTEUR ASYNCHRONE
On dispose au centre du stator un dispositif libre en rotation appelé rotor. Le rotor est constitué
d'un matériaux magnétique (diminution de la réluctance) et de conducteurs (diminution des
pertes cuivre) en cours circuit. Lorsque le champ tournant est établi des courants de Foucault se
développent dans le rotor d'où création de forces de Laplace entraînant le rotor en rotation dans
le sens du champ. La vitesse relative du champ tournant par rapport au rotor diminue ce qui
provoque la diminution des courants de Foucault donc des forces de Laplace. Celles-ci
s'annulent lorsque le rotor tourne à la vitesse du champ tournant. Cette vitesse est appelée
vitesse de synchronisme Ws.
Ws = W champ tournant produit par le stator
Comme les forces de Laplace sont nulles à cet instant, le rotor ralentit légèrement de façon à
compenser les pertes de couple mécaniques.
1.4. GLISSEMENT
On définit le glissement :
g
s
s
ou
n
s
n
n
s
=
-
-
W
W
W
g est voisin de 5.10-2 à la vitesse nominale.
1.5. CHAMP TOURNANT PRODUIT PAR LE ROTOR
Pour un moteur bipolaire
Vitesse absolue du champ tournant produit par le stator
Ws
Vitesse relative du champ tournant produit par le stator par rapport au rotor
Wrel = Ws - W = gWs
Les courants rotoriques ont pour pulsation
wrel = Wrel
wrel = gWs
Fr
r
e
l
g
s
gF= = =
w
p
p
2
2
W
La vitesse absolue du champ tournant produit par le rotor :
gWs + W = gWs + Ws(1 - g) = Ws
1.6. BILAN DES PUISSANCES

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j
j
W
W
W
W
W W
W
Arbre des puissances
1.7. RENDEMENT
1.7.1. D EFINITION DU RENDEMENT
h =
-
P
a
p
e
r
t
e
s
P
a
S