MACHINE ASYNCHRONE

1 Sp g nie lectrique ATS MACHINE ASYNCHRONE Lyc e P. Mend s France Epinal Cours MACHINE ASYNCHRONE 1 MACHINE ASYNCHRONE Le moteur ASYNCHRONE est, de beaucoup, le moteur le plus utilis dans l ensemble des applications industrielles, du fait de son faible cout, de son faible encombrement, de son bon rendement et de son excellente fiabilit . Son seul point noir est l nergie r active, toujours consomm e pour magn tiser l entrefer. Les machines triphas es, aliment es directement sur le r seau, repr sentent la grande majorit des applications ; supplantant les machines monophas es aux performances bien moindres et au couple de d marrage nul sans artifice.

2 Autrefois, sa mise en uvre (d marrage et variation de vitesse) se r v lait compliqu mais tout cela s'est r solu gr ce aux progr s de l' lectronique de puissance. La cons quence de ce d veloppement de l' lectronique de commande fait que le moteur ASYNCHRONE est maintenant utilis dans des domaines tr s vari s : - Transport (TGV est , tramways) - Industrie - Production d' nergie ( olienne) - .. 1. RAPPEL DES NOTIONS DE TRIPHASE Une alimentation triphas e est constitu e de 3 tensions identiques d cal es d'un angle 2 3. e1 = E sin(wt), e2 = E sin(wt-2 /3), e3 = E sin(wt+2 /3). Pour d livrer cette nergie, on a besoin de 3 c bles correspondants chacune des tensions (appel es phases) et ventuellement d'un autre c ble (le neutre) permettant le retour du courant lorsque les courants ne sont pas quilibr s.

3 (i1+i2+i3 0) On peut alors trouver deux types de tension : - tension simple : tension entre phase et neutre, not e g n ralement V : ex V1 - tension compos e : tension entre 2 phases, not e U : ex U13=V1-V3 Dans un r seau quilibr , la relation en valeurs efficaces entre les deux types de tension est : U= 3. V En France, le r seau triphas distribu par EDF est un r seau 230/400 V. En r gime sinuso dal quilibr , on peut calculer les puissances lectriques par les formules suivantes : Puissance active en W : P= = Puissance r active en Var : Q= = Puissance apparente en VA : S= M 3 L1 L2 L3 N V1 U13 Sp g nie lectrique ATS MACHINE ASYNCHRONE Lyc e P.

4 Mend s France Epinal Cours MACHINE ASYNCHRONE 2 2. CONSTITUTION La MACHINE ASYNCHRONE est constitu e de deux l ments principaux : (cf diaporama) Le stator : constitu de trois enroulements (bobines) parcourus par des courants alternatifs triphas s et poss de p paires de p les ("nombre de bobinage triphas au sein dans le stator") Le rotor : Partie tournante du moteur. Le rotor peut tre constitu par un bobinage triphas , mais, le plus souvent, Il est constitu d une masse m tallique dont de l aluminium pour l all ger. On parle alors de rotor cage d cureuil. 3. COUPLAGE DU STATOR Rq : Le stator peut tre aliment selon deux couplages : toile ou triangle. La tension aux bornes des enroulements (bobinages) ne sera pas la m me suivant le couplage.

5 Couplage toile : Le sch ma de raccordement est donn ci-contre : Dans ces conditions, l'enroulement voit ses bornes la tension simple du r seau. Exemple : sur le r seau EDF classique 230/400, un moteur coupl en toile aurait une tension sur chaque bobinage du stator de 230V. Bo te bornes Plaque signal tique Ailette de refroidissement Bobinage stator Rotor en cage d' cureuil Arbre Ventilateur Sp g nie lectrique ATS MACHINE ASYNCHRONE Lyc e P. Mend s France Epinal Cours MACHINE ASYNCHRONE 3 Couplage triangle : Le sch ma de raccordement est donn ci-contre : Dans ces conditions, l'enroulement voit ses bornes la tension compos e du r seau. Exemple : sur le r seau EDF classique 230/400, un moteur coupl en toile aurait une tension sur chaque bobinage du stator de 400V.

6 Les plaques signal tiques des Moteurs ASYNCHRONE indiquent quel couplage r aliser en fonction de la tension compos e du r seau, puis les grandeurs nominales du moteur pour le couplage consid r . On trouve ce type d'indication : 4. PRINCIPE (POUR LES MAS A CAGE D'ECUREUIL) Les courants alternatifs dans les bobinages du stator vont cr er dans l'entrefer (espace entre rotor et stator) un champ magn tique tournant la vitesse : Le champ tournant balaie les bobinages rotoriques et va cr er des courants induits dans le rotor en court-circuit (loi de Lenz). Ces courants (de pulsation ) vont eux m me entrainer un champ magn tique qui va s'opposer aux causes qui lui ont donn naissance. L'interaction de ces deux champs magn tiques va alors cr er un couple qui va entrainer le rotor en rotation.

7 Le rotor tourne la vitesse n plus petite que la vitesse de synchronisme ns. On dit que le rotor glisse par rapport au champ tournant. On introduit alors une variable caract risant la vitesse de rotation du rotor. Ce glissement g va d pendre de la charge. ssssnnng Ns : vitesse de rotation de synchronisme du champ tournant ( ). N : vitesse de rotation du rotor ( ). S = 2 nS ( ) et = 2 n ( ) De la relation pr c dente, on peut aussi tirer l'expression : =(1 g) S=(1 g) wp pws S : pulsation de synchronisme du champ tournant en w : pulsation des courants alternatifs en = 2..f p : nombre de paires de p les. Sp g nie lectrique ATS MACHINE ASYNCHRONE Lyc e P.

8 Mend s France Epinal Cours MACHINE ASYNCHRONE 4 5. MODELISATION En fonctionnement triphas quilibr , la MACHINE ASYNCHRONE peut tre mod lis e comme un transformateur triphas , dont le secondaire aurait une pulsation Moyennant quelques approximations (en n gligeant notamment les pertes joules au stator), on peut donner un mod le monophas de la MACHINE ASYNCHRONE dans lequel tout est ramen au stator. 1= . 1 avec m rapport de transformation rotor/stator : m=V20/V1 R2 repr sente les pertes joules du rotor ramen es au stator Rpf repr sente les pertes fers au stator Lm : inductance magn tisante (magn tisation de la carcasse m tallique du moteur et de l'entrefer) X2 repr sente les flux de fuite.

9 1 R2 est une r sistance fictive. La puissance consomm e par cette r sistance repr sente la puissance lectrique transform e en puissance m canique. Ce sch ma n'est qu'un mod le. La plupart de ces l ments n'ont pas d'existence physique. 6. BILAN DES PUISSANCES Les pertes dans la MACHINE ASYNCHRONE sont dues aux : - pertes joules stator : PJS= ( voir ce que vaut J en fonction du couplage) - pertes fer : (hyst r sis et courant de Foucault): Pf 3 12 - pertes joules rotor : PJS= Rq : on a galement la relation PJR= avec PTr puissance transmise au rotor PTr = 3 2 12 - pertes m caniques Pm Sp g nie lectrique ATS MACHINE ASYNCHRONE Lyc e P. Mend s France Epinal Cours MACHINE ASYNCHRONE 5 7.

10 COUPLE ELECTROMAGNETIQUE On peut, partir du sch ma quivalent, calculer l'expression de la puissance m canique moteur puis en d duire le couple moteur. Ptr= ..( 3 : car 3 phases gales dans le moteur) or 1 = .. donc : Ptr= .. = .. On en tire : =3. 2 ( 2)2+( 2 )2=3.. 2 ( 2)2+( 2 )2 Soit =3 . 2. 1 . 2 2+ 2 . 2 On peut connaitre le maximum de couple que peut fournir le moteur d'apr s l'expression de Cm en r solvant l' quation =0. En r solvant l' quation, on trouve que ce maximum de couple est obtenu pour gmax= 2 2 Cmax=3. 2. 2. =3. 2. 2.. =3 . 2. 2. On peut alors crire le couple sous la forme : =2 Cmax + On peut alors tracer l' volution du couple en fonction du glissement ou de la vitesse rotor : On constate sur ces courbes qu'il y a une zone (lorsque le glissement est faible, pr s de la vitesse de synchronisme) o le couple est lin aire par rapport la vitesse.