Moteur Asynchrone Triphasé

moteur asynchrone triphas

-savoir d marrer un moteur

asynchrone triphas ( direct, toile

triangle)

-Caract ristiques

I=f(n) et T=f(n)

-Application

-D marrage dun

moteur asynchrone

(direct :un et deux sens

toile-triangle :un et

deux sens)

principe de

fonctionnement

-faire les

exp riences

-aider les l ves

comprendre

le principe

-Pr senter les

maquettes de

d marrage

-Aider les l ves

faire le c blage

moteur de la

perceuse

-Prendre notes

-observer et

constater et

conclure dapr s

les exp riences

-Faire le c blage

et d marrer le

moteur

-r soudre

lapplication

Maquettes de

d marrage de

moteur

asynchrone

triphas

-Evaluer

3

-Exercices

EVALUATION

20 mn

-Transparents

+

R troprojecteur

-Fournir

l nonc e de

lexercice

-Guider aider les

les l ves

trouver la

solution exacte

-Lire

attentivement

l nonc e de

lexercice

-Penser la

solution

-Prendre la

correction

Article : 19 B - MOTEURS ASYNCHRONE TRIPHASE

OBJECTIFS SPECIFIQUES :

Identifier un moteur asynchrone triphas

Tracer des caract ristiques

D crire et utiliser les r gles de branchement et de protection d un moteur asynchrone

triphas .

Mettre en Suvre une cha ne de d marrage.

A PRESENTATION :

Lactionneur lectrique le plus utilis dans les quipements automatiques et les machines

outils ( exemple : tour, fraiseuses ) est le moteur asynchrone triphas cage ( ou rotor en

court-circuit).

B 1 CONSTITUTION :

Figure 1

Figure 2

B 1 - 1 ROTOR

Le rotor : partie tournante solidaire de l'axe du moteur.

Figure 3

Il comprend des conducteurs parall les son axe lui donnant l'aspect d'une cage d' cureuil.

Ces conducteurs sont parcourus par des courants induits : courants de Foucault .

Des t les empil es en cylindre forment le circuit magn tique du rotor.

Rotor cage

Figure 4

Figure 5

Figure 6

B 1 - 2 STATOR

Le stator : partie fixe constitu e par la carcasse du moteur sur laquelle sont mont es des

bobines ou enroulements.

Figure 7

Figure 8

Figure 9

Les enroulements sont au nombre de trois et sont d cal s de 120 .

Le stator produit un champ magn tique tournant.

Figure 10

Les enroulements du stator sont coupl s soit en toile, soit en triangle.

Sur des nombreux moteurs, les deux couplages sont r alisables et donnent au moteur la

possibilit de fonctionner avec deux syst mes diff rents de tensions triphas es.

Exemple : Si chaque enroulement peut supporter une tension de 220 v

• sur un r seau 127/220 v, on couplera en triangle.
• Sur un r seau 220/380 v, on couplera en toile.

La plaque bornes du moteur toujours les entr es des enroulements rep r es U, V, W et les

sorties correspondantes X, Y, Z qui sont raccord es comme la figure suivante ( Figure 11 ) :

Entr es

Sorties

U

Z

V

W

X

Y

Figure 11

Alimentation triphas e

Alimentation triphas e

U

Z

V

W

X

Y

U

Z

V

W

X

Y

Figure 12

Figure 13

Couplage toile

Couplage triangle

B 2 - PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT :

B 2 - 1 EXPERIENCE 1 : Un aimant en U est en rotation au dessus d une aiguille aimant e.

Figure 14

Constatation :

• Laiguille aimant e tourne la m me vitesse (n) que laimant permanent .

Interpr tation :

• Laimant en U en rotation produit un champ magn tique tournant vitesse (ou

fr quence) n appel e vitesse synchrone .

B 2 2 EXPERIENCE 2 : Laimant est remplac par trois bobines dispos es de 120 lune

par rapport l autre, et aliment es par des tensions alternatives

triphas es.

Figure 15

Constatation :

• Laiguille aimant e continue tourner la m me fr quence de rotation (n)

Interpr tation :

Les trois bobines aliment es en triphas produisent un champ magn tique tournant la

m me fr quence n .

B 2 3 EXPERIENCE 3 : Laiguille aimant e est remplac par un disque ( ou cylindre )

m tallique.

Figure 16

Constatation :

• Le disque tourne dans le m me sens que le champ tournant, mais une vitesse ( ou

fr quence ) n l g rement inf rieure la vitesse synchrone n

Interpr tations :

• Le champ magn tique tournant (cr e par les 3 bobines) balaye le disque cr ant dans

celui-ci des courants induits ( courants de Foucault).

• Ces courants induits soumis au champ magn tique donnent naissance un couple

moteur qui entra ne la rotation de disque.

• Le sens de rotation est tel quil tend sopposer la variation du champ magn tique

( loi de Lenz ).

Conclusions :

• En moteur asynchrone triphas , le champ tournant est obtenu par trois bobinage fix s

dans le stator, d cal s g om triquement de 120 et parcourus par des courants alternatifs

pr sentant le m me d calage lectrique.

• Le disque est remplac par un rotor dont les conducteurs seront le si ge des courants

induits. Ceux ci r agiront sur le champ tournant en donnant un couple moteur qui

entra ne la rotation.

B 3 VITESSE ET GLISSEMENT :

• La fr quence de rotation de champ tournant ( vitesse synchrone ) est donn e par

lexpression suivante :

f f : Fr quence du r seau triphas en Hz

n = n : Fr quence de rotation en tours/seconde

P P : Nombre de paires de p les cr es par le

Stator.

• La vitesse angulaire :

f W W : Pulsation en rd/s

W = 2. .n = 2. . = W : Vitesse angulaire en rd/s

P P

• Glissement :

Le rotor tourne un peu moins que le champ tournant; en notant n sa fr quence ( ou vitesse )

de rotation et W sa vitesse angulaire.

On appelle g glissement d un moteur asynchrone le rapport de la fr quence ( ou vitesse ) de

glissement ng la fr quence ( ou vitesse ) synchrone n .

ng n n W - W

g = = =

n n W

B 4 BILAN DES PUISSANCES, RENDEMENT ET COUPLE

Figure 17

Pa

Stator

Ptr

Rotor

Pu

Pjs

Pfs

Pjr

Pc

a) Bilan des puissances au stator :

Puissance lectrique absorb e par le stator :

Pa = U.I 3.cosj

Pertes par effet Joule dans le stator :

Pjs =(3/2).r.I2 ( quel que soit le couplage )

Pjs =3.R.I2 (cas du couplage toile )

Pjs =R.I2 (cas du couplage triangle )

R : r sistance de lenroulement statorique

r : r sistance mesur e entre deux bornes.

Pertes fer ( pertes par hyst r sis et par courants de Foucault) : Pfs

Puissance transmise au rotor :

Ptr =Pa ( Pjs + Pfs ) = C . W

C : Couple lectromagn tique

b) Bilan des puissances au rotor :

Pertes par effet Joule dans le rotor :

Pjr =g . Ptr

Pertes constantes : pertes m caniques + pertes fer : Pc

Puissance m canique utile :

Pu =Ptr ( Pjs + Pc ) = C . W

c) Bilan total des puissances :

Pa =Pu + Pjs + Pjr + Pfs + Pc

d) Rendement du moteur asynchrone :

e) Couple lectromagn tique

Pu Pertes

h = = 1 -

Pa Pa

Ptr P mr

C = =

W W

B 5 CARACTERISTIQUES :

B 5 1 Caract ristique I = f(n)

Figure 18

Interpr tation :

Cas de d marrage direct :

Surintensit au moment de d marrage. Le courant de d marrage I D est de 4,5 6 fois

plus grand que le courant nominal .

Cas de d marrage toile-triangle :

Lappel de courant au moment du d marrage est le tiers de lappel au d marrage direct

en triangle. Le courant de d marrage I D est de 1,5 2 fois plus grand que le courant

nominal.

Le moteur fonctionne en toile jusquau point (1), o s effectue la commutation en

triangle provoquant la pointe de courant indiqu e.

Remarque : En cas de d marrage automatique, le relais temporis qui commande la

commutation est r gl de fa on n agir quapr s le point (1).

B 5 2 Caract ristique T u = f(n)

Figure 19

Interpr tation :

Cas de d marrage direct :

Au moment de d marrage, le couple moteur est en moyenne 1,5 2 fois le couple

nominal.

Cas de d marrage toile-triangle :

Le couple tant proportionnel au carr de la tension appliqu e. La tension tant U/ 3,

le couple est sensiblement 3 fois plus faible qu en d marrage direct .

T D = 0,2 0,5 .T n

Le couple r sistant est repr sent par la ligne traitill fin.

Remarque :

Il est n cessaire que la machine actionner demande un faible couple pendant le

d marrage, ce qui est par exemple, valable pour les machines outils d marrant vide.

Si le couple r sistant de la machine entra ner donne la courbe en trait point, le moteur

natteint que la moiti de sa vitesse, on devrait alors commuter sur triangle, ce qui

donnerait une pointe de courant consid rable. Il faut donc s assurer que le couple

r sistant sadapte aux particularit s du d marrage toile triangle.

B 5 3 APPLICATION :

On donne les caract ristiques en charge d un moteur asynchrone triphas de puissance

nominale 3 Kw, tension nominale 380v , 50Hz.

Figure 20

Pour le point de fonctionnement nominal, d terminer graphiquement :

Sa fr quence de rotation n

&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&

Son rendement h

&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&.

Son facteur de puissance cosj

&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&.

Le courant absorb I

&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&.

Calculer :

La puissance absorb e Pa

&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&.

Le glissement g

&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&

Le couple utile Tu

&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&.

B 6 DEMARRAGE UN ET DEUX SENS DE ROTATION

B 6 1 D marrage direct :

Le moteur est branch directement sur r seau. Ce type de d marrage est adapt aux moteurs de faible puissance ( moins de 3 Kw

en 220 v et de 5.5 Kw en 380 v )

Un seul sens de rotation

Deux sens de rotation

Circuit de puissance Circuit de commande

Circuit de puissance Circuit de comma nde

L1 L2 L3

Q

Q : Sectionneur.

L1 Q

Q

F1

L1 L2 L3

L1

Q

F1

F2

KM

RT

KM : Contacteur

de ligne.

F2

S1

KM1

S1

KM2

1KM2

RT : Relais

thermique.

S2

1KM

RT

S2

1KM1

S3

W

U

V

M

3 ~

M : Moteur

Asynchrone

L2

Q

KM

V

U

W

M

3 ~

L2

Q

KM1

KM2

KM1 : Contacteur sens avant

KM2 : Contacteur sens arri re

B 6 2 D marrage toile-triangle:

Ce proc d ne peut sappliquer quaux moteurs dont toutes les extr mit s d enroulement sont sorties sur la plaque bornes, et

dont le couplage triangle correspond la tension du reseau.

Un seul sens de rotation

Circuit de commande

Circuit de puissance

L1 L2 L3

Le d marrage seffectue en deux temps :

Q

• 1 r temps : Mise sous tension et

Q : Sectionneur.

L1

Q

F1

couplage toile des enroulements.

Le moteur d marre tension

r duite U 3.

KM1

• 2 me temps : Suppression du

couplage toile et mise en

couplage triangle. Le moteur est

aliment en pleine tension U.

RT

U V

Z

X

W

Y

KM4

KM3

KM1 : Contacteur de ligne.

F2

KM3 : Contacteur de

couplage toile.

S1

KM4 : Contacteur de couplage

triangle.

RT : Relais thermique.

: Verrouillage

m canique.

S2

1KM1

2KM1

1KM4

1KM3

2KM3

Q

KM1

KM3

KM4

L2

Deux sens de rotation

Circuit de puissance

L1 L2 L3

Q

KM1

KM2

RT

L1

Q

F1

F2

S1

S2

S3

1KM1

Circuit de commande

1KM2

3KM1

3KM2

U V

Z

X

W

Y

KM4

KM3

1KM5

2KM5

1KM3

2KM2

2KM3

2KM1

L2

Q

KM1

KM2

KM3

KM4

KM5

KM5 : Relais auxiliaire

B 7 EXERCICES :

• Un moteur asynchrone triphas 220 v, 50 Hz , absorbe un courant I = 20 A sous un facteur de puissance de 0,82 et tourne la

fr quence de 1430 tr/mn. On n glige les pertes du stator ; calculer :

a Le nombre de paires p les p.

&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&.&&&&&&&.

b Le glissement g.

&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&.&&&&&&&

c Le rendement h.

&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&..

• Un moteur asynchrone triphas porte les indications suivantes : 220v/380v , 50Hz , 720 tr/mn. Le moteur est aliment par un

r seau de 220v ( 3 fils ). D terminer :

A Le couplage r aliser, Justifier.

&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&.

b Le nombre de paires de p les du stator p.

&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&.&&&&&&&

c Le glissement g.

&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&