1°) Constitution

Chapitre B.3.2.4. Moteur ASynchrone
1°) Constitution
Ces moteurs sont robustes, faciles à construire et peu coûteux. Ils sont intéressants,
lorsque la vitesse du dispositif à entraîner n'a pas à être rigoureusement constante.
1.1) Stator ( inducteur )
Il est identique à celui d'une machine synchrone alimentée par des courants triphasés
de fréquence f; il produit un champ magnétique tournant à la fréquence de rotation:
ns en tr.s-1,
ns = f / p
f en Hz,
p nombre de paires de pôles.
Les enroulements du stator sont prévus pour être couplés, soit
en étoile, soit en triangle. Le couplage des enroulements
dépendra de la tension nominale par phase prévue pour le
moteur et du réseau dont on dispose.
Exemple: pour une tension nominale de 230 V supportable par un enroulement, il faut sur un
réseau 230V / 400 V faire un couplage étoile, et sur un réseau 132V / 230V faire un couplage
triangle.
1.2) Rotor
Rotor en cage d'écureuil
Il porte un système de barres conductrices très souvent
en aluminium, logées dans un empilement de tôles. Les
extrémités de ces barres sont réunies par des couronnes
également conductrices. On dit que le rotor est en
court-circuit. L'ensemble n'est parcouru que par les
courants de Foucault induits par la rotation du champ
statorique.
1.3) Symbole
moteur à rotor en cage d'écureuil
MAS
3~
1.4) Plaque signalétique
D 220
Y 380
Bernaud J
1440 0.3
50
1.75
1
0.66
V : tension nominale que peut supporter un enroulement.
Si la tension composée du réseau est de V, couplage
triangle, le courant en ligne sera I =
A alors.
Si la tension composée du réseau est de
V, couplage
étoile, le courant en ligne sera I =
A.
Fréquence du réseau :
Hz
Puissance utile :
W
Fréquence de rotation:
tr.min-1
Facteur de puissance:
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2°) Principe de fonctionnement
2.1) Explications
Dans le chapitre sur les champs tournants, nous avons vu qu'un champ tournant
produisait la rotation d'un disque métallique et que ce dernier tournait à une vitesse inférieure
à celle du champ statorique.
Les bobines du stator, parcourues par des courants triphasés, produisent un champ
magnétique tournant avec une vitesse angulaire s, dans l'entrefer et à la périphérie du rotor.
En régime établi, le rotor de la machine tourne à la vitesse angulaire  inférieure à s.
Les conducteurs du rotor sont alors soumis à un champ magnétique variable , qui tourne par
rapport à eux-mêmes à la vitesse angulaire ( s Il en résulte l'induction de f.é.m dans
ces conducteurs. Ceux-ci faisant partie de circuits fermés, des courants induits de même
pulsation circulent dans ces conducteurs rotoriques.
Si le moteur comporte p paires de pôles, la pulsation des f.é.m induites et des courants
rotoriques induits est :
r = p (s
Le champ résultant rotorique tourne par rapport au rotor à la vitesse angulairers.
Puisque le rotor tourne à la vitesse , ce même champ rotorique tourne donc par rapport au
stator à la vitesse angulairers.
Le champ statorique et rotorique sont deux champs synchrones, ils se composent pour
former un champ unique à répartition sinusoïdale.
2.2) Vitesse de synchronisme
Le moteur asynchrone triphasé démarre seul et il prend rapidement sa vitesse de
régime en charge comme à vide. Sa fréquence de rotation n est proche de la fréquence de
rotation de synchronisme ns, mais toujours inférieure, elle diminue peu entre la marche à vide
et en charge.
Un observateur, tournant avec le champ tournant résultant, verrait le rotor tourner à
l'envers à vitesse très réduite. Le rotor glisse par rapport au champ ( impression donnée quand
le train dans lequel on se trouve en double un autre ).
La vitesse angulaire relative du champ tournant résultant par rapport au rotor
correspond à la vitesse angulaire de glissementgs.
2.3) Glissement
On appelle glissement le rapport de la fréquence ( vitesse ) de rotation de glissement à
la fréquence ( vitesse ) de rotation de synchronisme.
g=
Bernaud J
n g n s −n
=
ou g =
ns
ns
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3°) Bilan de puissance
3.1) Au stator
Puissance absorbée:
Pertes par effet Joule statoriques:
Avec r résistance mesurée entre deux bornes de phases statoriques.
Pertes magnétiques ou dans le fer au stator : Pfs elles sont indépendantes de la
charge, et sont liées à U et f de la tension d'alimentation. On peut admettre qu'elles sont
proportionnelles à U2.
Puissance transmise au rotor:
Moment du couple électromagnétique:
3.2) Au rotor
La puissance transmise au rotor est convertie d'une part en puissance
mécanique et d'autre part en pertes.
Puissance mécanique: Le couple électromagnétique de moment Tem entraîne le
rotor à la vitesse angulaire .
Pertes magnétiques ou dans le fer au rotor : Les courants induits ayant une
pulsation r = p (son a donc fr = p ( ns - n) = p.g.ns = g.fLe glissement en marche
normale étant faible et les pertes dans le fer étant proportionnelles à la fréquence, ici fr, qui
est très faible on pourra les négliger.
Pertes par effet Joule au rotor:
Pertes mécaniques: Pm, elles dépendent de la vitesse de rotation.
Puissance utile:
3.3)Récapitulatif
3.4) Rendement
Expression approchée du rendement ( à la puissance nominale, les pertes
autres que PJr peuvent être négligées).
Pu = PM = Pa - PJr = Ptr - PJr = ( 1 - g ) Ptr
Pa = Ptr
Le rendement devient alors égale à ( 1- g ).
Bernaud J
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4°) Caractéristiques
4.1) Caractéristique électromécanique Tu = f ( n )
U = Cste
f = Cste
Tu (Nm)
Tr ( n )
Tud
P: point de fonctionnement
Trd
ns
n ( tr.min-1 )
Durant le fonctionnement normal ( partie linéaire de la caractéristique ), la fréquence
de rotation est très proche de la fréquence de synchronisme.
4.1.1) Démarrage du moteur
Le moment du couple de démarrage sous tension nominale est très important. Au
démarrage, le moment du couple moteur est, dans les conditions habituelles d'utilisation, très
supérieur au moment du couple résistant. L'accélération est donc brutale et le courant appelé
est susceptible d'être important.
Ce phénomène risque d'être dommageable pour des moteurs de puissance d'environ la dizaine
de kilowatts. On peut y remédier en effectuant un démarrage sous plus faible tension aux
bornes de chaque enroulement ( couplage en étoile ), après le démarrage repasser en couplage
triangle. Ce procédé s'appelle le démarrage étoile-triangle.
4.1.2) Point de fonctionnement
Le point de fonctionnement correspond au point d'intersection de la
caractéristique mécanique de la charge entraînée par le moteur Tr ( n ) avec la caractéristique
électromécanique du moteur Tu ( n ).
4.2) Caractéristique I = f ( n )
U = Cste
f = Cste
I(A)
ns
Bernaud J
L'intensité du courant, non négligeable à
vide, augmente avec le glissement et
donc avec le moment du couple
résistant.
n ( tr.min-1 )
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5°) Alimentation par un onduleur
Chaque phase du stator, alimentée par une tension de valeur efficace U, si le stator est
couplé en triangle, et de fréquence f, contribue à créer le champ magnétique tournant à la
fréquence de synchronisme. Chaque phase du rotor est alors le siège de courants induits, donc
d'une f.e.m induite, par la rotation du champ.
On peut donc assimiler une phase du stator et la phase correspondante du rotor à un
transformateur monophasé parfait dont le secondaire est en court-circuit.
Au stator, comportant N spire par phase, écrivons la formule de Boucherot :
Ueff = 4,44 N.f.maxParconséquent.
Pour que le flux reste constant, lorsque la fréquence varie, il faut que le rapport U/f soit
constant.
Bernaud J
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