TP CEM-2.2 Modélisation d`un moteur asynchrone

CEM : Conversion électromécanique d'énergie TP CEM-2.2 Moteur asynchrone
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Moyens : Le sous-système banc moteur
Prérequis : Cours sur le bilan des puissances des moteurs asynchrones
Groupes : binôme
Durée : 1h30
Problème technique :
Déterminer les éléments du modèle équivalent par phase de la machine asynchrone en vue
d’optimiser sa commande.
L'étudiant doit retenir :
 Associer un modèle aux constituants d’une chaîne d’énergie
 Associer les grandeurs physiques aux échanges d’énergie et à la transmission de puissance
 Identifier les pertes d’énergie dans un convertisseur statique d’énergie, dans un actionneur
 Mesurer les grandeurs potentielles et les grandeurs de flux dans les différents constituants
d’une chaîne d’énergie
TP CEM-2.2
Modélisation d’un moteur asynchrone

CEM : Conversion électromécanique d'énergie TP CEM-2.2 Moteur asynchrone
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On souhaite établir le modèle équivalent d'un moteur asynchrone afin d'optimiser les performances de
celui-ci en variation de vitesse.
Pour ce faire, vous allez établir un bilan de puissance à partir duquel vous déduirez les différents éléments
du modèle équivalent de la machine asynchrone.
La transformation de la puissance absorbée électrique en puissance mécanique utile peut se décomposer
de la manière suivante :
1 Détermination de pertes : Essai à vide :
Q1 A l'aide de la plaque signalétique du moteur asynchrone fourni, compléter la zone grisée du tableau 1
donné en document réponse.
Les pertes joules au niveau du stator peuvent s'exprimer de la manière suivante :
Q2 Le moteur étant découplé, mesurer la résistance statorique R
1
en utilisant l’appareil de mesure qui
convient.
On donne ci-dessous l'expression des pertes à vide du moteur :
!
"
!
avec : P
js
: pertes joules statoriques
P
fs
: pertes fer (par hystérésis) au niveau du stator (proportionnelles au carré de la tension)
P
méca
: pertes mécaniques liées aux différents frottements secs et visqueux.
Q3 Donner l'expression de P'
0
= P
fs
+ P
meca
en fonction de P
0
et P
js
.
Q4 Sachant que le variateur de vitesse génère un réseau triphasé 3x230 V, déterminer le couplage à
adopter pour ce type de moteur.
Q5 Coupler le moteur et réaliser un essai à vide (rotor libre) sous tension variable pour compléter les
valeurs du tableau 2 : U
1
tension stator, I
10
courant stator à vide, P
0
puissance absorbée et N vitesse de
rotation du rotor.
Déterminer pour chaque essai la valeur de P’
0
et compléter le tableau 2.
Q6 Tracer sur le document réponse, l'allure de la puissance à vide en fonction de la tension statorique :
P'
0
= f(U
1
). Extrapoler la courbe et déterminer la valeur des pertes mécaniques à partir des hypothèses
suivantes :
- Les pertes mécaniques sont proportionnelles à la vitesse de rotation
- Les pertes fer stator sont proportionnelles au carré de la tension d’alimentation
Stator Rotor Arbre
#
$%
&
'
(
)
*
&
'
"
*

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2 Modélisation du moteur asynchrone :
Le modèle utilisé est le modèle simplifié ci-contre. Les
hypothèses retenues sont les suivantes :
- Puissance réactive absorbée à vide négligeable dans
le rotor.
A partir des essais précédents : (à compléter sur le
tableau 3)
Q7 Déterminer l'inductance magnétisante L
1
.
On a mesuré à partir d'un essai à rotor bloqué sous tension réduite (I
1
= 1,7A) :
P = 170 W,
Q = 330 VAR,
U
1
= 40 V.
Q8 Déterminer la valeur de l'inductance de fuite du rotor L
2
et la résistance rotorique R
2
.
(On pourra négliger la puissance réactive dans L
1
car la tension est faible)
3 Prédiction des caractéristiques moteur à l'aide du modèle :
On donne l'équation du couple développé par le moteur :
&  +
,
*
-
, !.
*/
Q9 Tracer la caractéristique de couple en fonction de g pour une fréquence de 50 Hz puis 25 Hz. Conclure
sur le paramètre électrique qui doit-être modifié en même temps que la fréquence pour conserve un couple
maximal identique.
E
1 U
1
L
1
I
1
I
2
I
10
L
2
R
2
/g

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Document réponse :
Tableau 1 : grandeurs nominales
Données constructeur
Résultats essais et calculs
I
n
cos
ϕ
n
g
n
p
η
n
U
n
P
n
P
js
P
fer
P
meca
R
1
η
65%
Tableau 2 : Essais à vide
Relevés
Calculs
U
1
I
10
P
0
N
p
js
P'
0
=P
fer
+P
meca
230 V
200 V
1,1
122
1487
170 V
0,97
98
1483
140 V
0,89
85
1474
110 V
0,85
80
1460
Tableau 3
L
1
L
2
R
2
0,9
g
Cem (N.m)
(W)
0,1
0,2
0,4
0,3
0,5
0,6
0,8
0,7
1
P'
0
(W)
U
1
(V)
45
40
35
30
25
20
50
110
80
140
170
230
200