Le moteur asynchrone triphasé - académie de Caen

1 Le moteur asynchrone triphas 1 ) G n ralit sLe moteur asynchrone triphas est largement utilis dans l'industrie, sa simplicit de construction en fait un mat riel tr s fiable et qui demande peu d'entretien. Il est constitu d'une partie fixe, le stator qui comporte le bobinage, et d'une partie rotative, le rotor qui est bobin en cage d' cureuil. Les circuits magn tiques du rotor et du stator sont constitu s d'un empilage de fines t les m talliques pour viter la circulation de courants de Foucault. 2 ) Principe de fonctionnementLe principe des moteurs courants alternatifs r side dans l utilisation d un champ magn tique tournant produit par des tensions alternatives La circulation d'un courant dans une bobine cr e un champ magn tique B.

2 Ce champ est dans l'axe de la bobine, sa direction et son intensit sont fonction du courant I. C'est une grandeur vectorielle. Si le courant est alternatif, le champ magn tique varie en sens et en direction la m me fr quence que le deux bobines sont plac es proximit l'une de l'autre, le champ magn tique r sultant est la somme vectorielle des deux autres. Dans le cas du moteur triphas , les trois bobines sont dispos es dans le stator 120 les unes des autres, trois champs magn tiques sont ainsi cr s Compte-tenu de la nature du courant sur le r seau triphas , les trois champs sont d phas s (chacun son tour passe par un maximum).

3 Le champ magn tique r sultant tourne la m me fr quence que le courant soit 50 tr/s = 50Tr/s = 3000 3 enroulements statoriques cr ent donc un champ magn tique tournant, sa fr quence de rotation est nomm e fr quence de synchronisme. Si on place une boussole au centre, elle va tourner cette vitesse de rotor est constitu de barres d'aluminium noy es dans un circuit magn tique. Ces barres sont reli es leur extr mit par deux anneaux conducteurs et constituent une "cage d' cureuil". Cette cage est en fait un bobinage grosse section et tr s faible r sistance. Cette cage est balay e par le champ magn tique tournant. Les conducteurs sont alors travers s par des courants de Foucault induits.

4 Des courants circulent dans les anneaux form s par la cage, les forces de Laplace qui en r sultent exercent un couple sur le rotor. D'apr s la loi de Lenz les courants induits s'opposent par leurs effets la cause qui leur a donn naissance. Le rotor tourne alors dans le m me sens que le champ mais avec une vitesse l g rement inf rieure la vitesse de synchronisme de ce dernier. Le rotor ne peut pas tourner la m me vitesse que le champ magn tique, sinon la cage ne serait plus balay e par le champ tournant et il y aurait disparition des courants induits et donc des forces de Laplace et du couple moteur . Les deux fr quences de rotation ne peuvent donc pas tre synchrones d'o le nom de moteur l'exemple d'un moteur dont la fr quence de rotation nominale relev e sur la place signal tique est de 2840 tr/mn, ce moteur tant aliment en courant de 50Hz, la fr quence de rotation du champ magn tique est donc de 50 tr/s soit 3000 Tr/mn.

5 Le rotor est donc balay par un champ magn tique qui tourne un fr quence de rotation relative de 3000-2840=160 ) Le bobinageLes bobines sont log es dans les encoches du stator. S'il y a une paire de p les magn tique pour chacune des trois phases, la fr quence de synchronisme est alors de 3000 tr/mn. si on augmente le nombre de paires de p les, il est possible d'obtenir des moteurs avec des fr quences de rotation diff paire de p les => 3000 tr/mn2 paires de p les => 1500 tr/mLe branchement des bobines sur le r seau se fait au niveau de la plaque borne situ e sur le dessus du moteur . On dispose ainsi de 6 connexions, une pour chacune des extr mit s des trois bobines.

6 Les bornes sont reli es aux bobines selon le sch ma ) Branchement toile ou triangleIl y a deux possibilit s de branchement du moteur au r seau lectrique triphas . Le montage en toile et le montage en triangle. Avec un branchement en toile, la tension aux bornes de chacune des bobines est d'environ 230V. Dans le montage en triangle, chacune des bobines est aliment e avec la tension nominale du r seau (400V). On utilise le montage toile si un moteur de 230V doit tre reli sur un r seau 400V ou pour d marrer un moteur puissance r duite dans le cas d'une charge avec une forte inertie m ) Plaques signal tiques Type :(LS90Lz) r f rence propre au constructeur Puissance :(1,5Kw) puissance utile d livr e sur l arbre du moteur .

7 Facteur de puissance ou cos phi:(0,78) permet le calcul de la puissance r active consomm e . rendement( 76%) : permet de conna tre la puissance lectrique consomm e ou absorb e Tensions : (230v/400v) la premi re indique la valeur nominale de la tension aux bornes d un enroulement. Elle d termine le couplage ( toile ou triangle) effectuer en fonction de la tension du r seau d alimentation. Intensit s :(6,65A/3,84A) Elles repr sentes l intensit en ligne (dans chaque phase) pour chacun des couplages . vitesse :(1440 Tr/min) Indique la vitesse nominale du rotor. On dit aussi vitesse r elle. On connait alors La vitesse de synchronisme ns du moteur (ici 1500 tr/min) classe d isolement :(non indiqu e).

8 Temp rature ambiante :(40 C)utilisation recommand e maximum Fr quence :(50Hz) fr quence du r seau d alimentation. Nombre de phases :(Ph 3) moteur triphas service :(S1) utilisation en marche continue, Indice de protection IP :(non indiqu e) d fini par trois chiffres le degr de protection du moteur la poussi re, l eau et aux chocs m caniques. 6 ) Puissance et rendement Bilan des puissances7 ) Caract ristique du moteur asynchroneLe couple ( ) varie avec la fr quence de rotation (tr/min) du moteur accoupl la charge entra n e ( suppos e fixe ) . Les caract ristiques du moteur et de la charge se croisent au point de fonctionnement pour lequel les couples moteur et r sistant sont 'une mani re g n rale, le point de fonctionnement en moteur doit tre choisi pour N<Ns et doit tre plac dans la partie verticale de la courbe, au plus pr s de la vitesse de rotation nominale Nr ( appel e aussi Nn ).

9 8 ) Liaison avec le r seau EDFLe moteur est reli au r seau par un certain nombre de dispositifs de s curit et de commande. Le sectionneur d'isolement avec fusibles permet de d connecter le moteur du r seau pour des op rations de maintenance par exemple. Il prot ge galement le dispositif en aval contre les risques de court circuit gr ce aux fusibles. Le contacteur permet l'alimenter le moteur avec une commande manuelle ou automatique avec un automate programmable. Le relais thermique prot ge le moteur contre les surcharges de courant, l'intensit maximale admissible est r glable. Son action diff rentielle permet de d tecter une diff rence de courants entre les phases en cas de coupure d'une liaison par exemple.

10 Le transformateur abaisse la tension secteur une valeur de 24V pour garantir la s curit des utilisateurs sur la partie thermiqueNB : Pour modifier le sens de rotation d'un moteur asynchrone triphas , il suffit de permuter deux des trois ) La variation de vitesseMalgr sa conception ancienne, le moteur asynchrone reste toujours d'actualit car l' lectronique permet maintenant de faire varier sa fr quence de rotation. Pour faire varier celle-ci, il faut modifier la fr quence de rotation du champ magn tique et donc la fr quence du courant d'alimentation. les variateurs de vitesse sont des variateurs de fr permettent Une gamme de vitesses de 5% 200% de la vitesse nominale Une conservation du couple sur toute la gamme de vitesses Des rampes d'acc l ration et de d c l ration Deux sens de rotationLa consigne de vitesse est en g n ral fournie sous forme d'une tension de 0 10V par exempleUne protection du moteur est int gr e au courant lectrique issu du r seau est dans un premier temps converti en courant continu, il est ensuite reconverti en courant alternatif par un onduleur mais avec une fr quence diff rente.