1 Fonction et principe de l`onduleur

Terminale Génie Électrotechnique Chapitre 10
LE MOTEUR ASYNCHRONE TRIPHASE
Utilisation: on trouve le moteur asynchrone monophasé dans les machines à laver le linge ou
la vaisselle, dans les compresseurs de réfrigérateurs. Le moteur asynchrone triphasé, alimenté au
moyen d’un onduleur, est aussi utilisé pour entraîner des dispositifs à vitesse réglable: le TGV sous
la manche par exemple.
I. CONSTITUTION DU MOTEUR ASYNCHRONE TRIPHASE:
Stator:
Il est identique à celui d’une machine synchrone.
Les conducteurs, placés dans les encoches du stator, forment 3 enroulements qui sont
alimentés par un réseau triphasé.
Rotor:
Il existe 2 sortes de rotors:
→ Le rotor à cage d’écureuil:
Il est constitué de barres conductrices parallèles reliées à leurs extrémités par 2 couronnes
conductrices de faible résistance.
On dit que le rotor est en court-circuit.
→ Le rotor bobiné:
Des conducteurs placés dans les encoches du rotor forment 3 enroulements semblables aux
enroulements du stator. Des bagues et des balais sont prévus pour accéder au rotor.
Symboles:
M M
3 3
Moteur à rotor bobiné Moteur à rotor à cage d’écureuil
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II. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
Stator:
alimenté par un réseau triphasé équilibré de fréquence f, le stator crée dans l’entrefer un
champ magnétique tournant à la vitesse de synchronisme Ωs :
Ωs = 2π f / p Ωs en rad/s
f en Hertz
p nombre de paires de pôles du stator
Rotor:
il comporte soit une cage, soit un bobinage en court-circuit.
Sous l’effet du champ tournant créé par le stator, des f.é.m. induites sont créées dans les
conducteurs du rotor. Comme ces conducteurs sont en court-circuit, ils sont alors parcourus
par des courants induits (ou courants de Foucault). Sous l’action du champ magnétique et de
ces courants, le rotor se met à tourner à la vitesse Ω < Ωs.
On dit que le rotor glisse à la vitesse Ω par rapport au champ tournant.
ROTOR EN C.C.
Réseau triphasé ⇒ STATOR ⇒ Champ tournant ⇒ f.é.m induites ⇒ courants induits ⇒ Rotor en rotation à
la
Ω
s vitesse
Ω < Ω
s
Glissement: on définit le glissement g par la relation
g = (Ωs - Ω) / Ωs = (ns - n) / ns
Ω et Ωs en rad
n et ns en tours / s avec Ωs = 2 π ns
Ω = 2 π n
Le glissement exprime l’écart relatif entre la vitesse de synchronisme et la vitesse de rotation
de l’arbre du moteur.
On l’exprime généralement en pourcentage.
ORDRE DE GRANDEUR : EN FONCTIONNEMENT NORMAL, LE GLISSEMENT EST DE L’ORDRE DE 2 À 6 %
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III. BILAN DES PUISSANCES - RENDEMENT:
1) Bilan des puissances: i
u M Ω
3
pJS pJR pm
Ptr PM
Pabs STATOR ROTOR Pu = Tu.Ω
=Tem.Ωs =Tem.Ω
pFS pFR
→ Bilan des puissances au stator :
* Puissance absorbée par le stator:
ϕ cos3UIP
abs
=
* Le stator, soumis à un champ tournant, est le siège de pertes dans le fer : pFs
* Dans les enroulements du stator, une puissance est perdue par effet Joule :
².
2
3IRp
JS
=
R est la résistance mesurée entre 2 bornes de phases statoriques
* La puissance transmise du stator au rotor est donc égale à : Ptr = Pabs - pJs - pFs = Tem Ωs
Tem est le moment du couple électromagnétique.
→ Bilan puissances au rotor :
* Le rotor absorbe la puissance transmise par le stator : Ptr
* La puissance Ptr transmise au rotor est convertie, d’une part en pertes par effet Joule et
dans le fer, et d’autre
part en puissance mécanique PM:
PM = Tem Ω
* Le rotor, soumis au champ tournant, est le siège de pertes dans le fer : pFr
Le champ magnétique tourne à Ωs = 2π ns
Le rotor tourne à Ω =2π n
Pour un référentiel lié au rotor, le champ magnétique tourne à la vitesse Ω - Ωs .
Les courants induits au rotor ont donc pour fréquence : fr = p ( ns - n) = g.p.ns = g.f
Comme g est faible en fonctionnement normal, fr est faible et par conséquent pFr ≈ 0
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•La puissance perdue par effet Joule pJr dans le rotor peut s’écrire:
pJr = Ptr - PM = Tem.(Ωs - Ω)= Tem g Ωs
Soit pJr = g Ptr
* Les pertes mécaniques pm se retranchent de la puissance mécanique PM
* La puissance utile au rotor est donc : Pu = PM - pm = Tu. Ω
Tu est le moment du couple utile.
2) Rendement:
C’est le rapport de la puissance utile sur la puissance absorbée par le moteur :
ϕ
η
cos.3
.
UI
T
P
P
u
abs
u
Ω
==
Expression approchée du rendement:
Lorsque le moteur fonctionne au voisinage de sa puissance nominale, pour avoir un ordre
de grandeur du rendement, on peut négliger les pertes au niveau du stator devant la puissance
absorbée. On a alors: Pabs ≈ Ptr
On peut également négliger les pertes mécaniques:
Pu = Ptr - pJr
= Ptr - g Ptr = (1-g) Ptr
⇒ η = P
u / Pabs
≈ (1-g) P tr / Ptr ⇒ η ≈ (1- g)
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