Moteur Asynchrone Triphasé

Alimentation triphasée

U

Z

V

W

X

Y

U

Z

V

W

X

Y

Figure 12

Figure 13

Couplage étoile

Couplage triangle

B – 2 - PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT :

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

Figure 14

Constatation :

- L’aiguille aimantée tourne à la même vitesse (n) que l’aimant permanent .

Interprétation :

- L’aimant en U en rotation produit un champ magnétique tournant à vitesse (ou

fréquence) n appelée vitesse synchrone .

B – 2 – 2 EXPERIENCE 2 : L’aimant est remplacé par trois bobines disposées de 120 ° l’une par rapport à l ’autre, et alimentées par des tensions alternatives triphasées.

Figure 15

Constatation :

- L’aiguille aimantée continue à tourner à la même fréquence de rotation (n)

Interprétation : Les trois bobines alimentées en triphasé produisent un champ magnétique tournant à la même fréquence n .

B – 2 – 3 EXPERIENCE 3 : L’aiguille aimantée est remplacé par un disque ( ou cylindre ) métallique.

Figure 16

Constatation :

- Le disque tourne dans le même sens que le champ tournant, mais à une vitesse ( ou

fréquence ) n ’ légèrement inférieure à la vitesse synchrone n

Interprétations :

- Le champ magnétique tournant (crée par les 3 bobines) balaye le disque créant dans

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

- Ces courants induits soumis au champ magnétique donnent naissance à un couple

moteur qui entraîne la rotation de disque.

- Le sens de rotation est tel qu’il tend à s’opposer à la variation du champ magnétique

( loi de Lenz ).

Conclusions :

- En moteur asynchrone triphasé, le champ tournant est obtenu par trois bobinage fixés

dans le stator, décalés géométriquement de 120 ° et parcourus par des courants alternatifs présentant le même décalage électrique.

- Le disque est remplacé par un rotor dont les conducteurs seront le siège des courants induits. Ceux –ci réagiront sur le champ tournant en donnant un couple moteur qui entraîne la rotation.

B – 3 VITESSE ET GLISSEMENT :

- La fréquence de rotation de champ tournant ( vitesse synchrone ) est donnée par

l’expression suivante :

f f : Fréquence du réseau triphasé en Hz n = n : Fréquence de rotation en tours/seconde P P : Nombre de paires de pôles crées par le Stator.

- La vitesse angulaire : f W W : Pulsation en rd/s W = 2.Õ.n = 2.Õ. = W : Vitesse angulaire en rd/s P P

- Glissement : Le rotor tourne un peu moins que le champ tournant; en notant n’ sa fréquence ( ou vitesse ) de rotation et W’ sa vitesse angulaire. On appelle g glissement d ’un moteur asynchrone le rapport de la fréquence ( ou vitesse ) de glissement ng à la fréquence ( 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 électrique absorbée par le stator :

Pa = U.IÖ3.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 étoile ) Pjs =R.I2 (cas du couplage triangle ) R : résistance de l’enroulement statorique r : résistance mesurée entre deux bornes.

Pertes fer ( pertes par hystérésis et par courants de Foucault) : Pfs

Puissance transmise au rotor :

Ptr =Pa – ( Pjs + Pfs ) = C . W C : Couple électromagnétique

b) Bilan des puissances au rotor :

Pertes par effet Joule dans le rotor :

Pjr =g . Ptr

Pertes constantes : pertes mécaniques + pertes fer : Pc

Puissance mécanique 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 électromagnétique

Pu å Pertes h = = 1 - Pa Pa

Ptr P mr C = = W W ‘

¨

¨

¨

¨

¨

¨

¨

B – 5 CARACTERISTIQUES :

B – 5 – 1 Caractéristique I = f(n)

Figure 18

Interprétation :

· Cas de démarrage direct :

Surintensité au moment de démarrage. Le courant de démarrage I D est de 4,5 à 6 fois plus grand que le courant nominal .

· Cas de démarrage étoile-triangle :

L’appel de courant au moment du démarrage est le tiers de l’appel au démarrage direct en triangle. Le courant de démarrage I D est de 1,5 à 2 fois plus grand que le courant nominal. Le moteur fonctionne en étoile jusqu’au point (1), où s ’effectue la commutation en triangle provoquant la pointe de courant indiquée.

Remarque : En cas de démarrage automatique, le relais temporisé qui commande la commutation est réglé de façon à n ’agir qu’après le point (1).

B – 5 – 2 Caractéristique T u = f(n)

Figure 19

Interprétation :

· Cas de démarrage direct :

Au moment de démarrage, le couple moteur est en moyenne 1,5 à 2 fois le couple nominal.

· Cas de démarrage étoile-triangle :

Le couple étant proportionnel au carré de la tension appliquée. La tension étant U/Ö3, le couple est sensiblement 3 fois plus faible qu ’en démarrage direct . T D = 0,2 à 0,5 .T n

Le couple résistant est représenté par la ligne traitillé fin.

Remarque : Il est nécessaire que la machine à actionner demande un faible couple pendant le démarrage, ce qui est par exemple, valable pour les machines outils démarrant à vide. Si le couple résistant de la machine à entraîner donne la courbe en trait point, le moteur n’atteint que la moitié de sa vitesse, on devrait alors commuter sur triangle, ce qui donnerait une pointe de courant considérable. Il faut donc s ’assurer que le couple résistant s’adapte aux particularités du démarrage étoile triangle.

B – 5 – 3 APPLICATION :

On donne les caractéristiques en charge d ’un moteur asynchrone triphasé de puissance nominale 3 Kw, tension nominale 380v , 50Hz.

Figure 20

Pour le point de fonctionnement nominal, déterminer graphiquement :

· Sa fréquence de rotation n

……………………………………………………………………………………………………………

· Son rendement h

…………………………………………………………………………………………………………….

· Son facteur de puissance cosj

…………………………………………………………………………………………………………….

· Le courant absorbé I

…………………………………………………………………………………………………………….

Calculer :

· La puissance absorbée Pa

…………………………………………………………………………………………………………….

· Le glissement g

……………………………………………………………………………………………………………

· Le couple utile Tu

…………………………………………………………………………………………………………….

B – 6 DEMARRAGE UN ET DEUX SENS DE ROTATION B – 6 – 1 Démarrage direct : Le moteur est branché directement sur réseau. Ce type de démarrage est adapté 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 arrière

B – 6 – 2 Démarrage étoile-triangle: Ce procédé ne peut s’appliquer qu’aux moteurs dont toutes les extrémités d ’enroulement sont sorties sur la plaque à bornes, et dont le couplage triangle correspond à la tension du reseau.

Un seul sens de rotation

Circuit de commande

Circuit de puissance

L1 L2 L3

Le démarrage s’effectue en deux temps :

Q

- 1èr temps : Mise sous tension et

Q : Sectionneur.

L1

Q

F1

couplage étoile des enroulements. Le moteur démarre à tension réduite UÖ3.

KM1

- 2ème temps : Suppression du couplage étoile et mise en couplage triangle. Le moteur est alimenté en pleine tension U.

RT

U V

Z

X

W

Y

KM4

KM3

KM1 : Contacteur de ligne.

F2

KM3 : Contacteur de couplage étoile.

S1

KM4 : Contacteur de couplage triangle.

RT : Relais thermique.

: Verrouillage mécanique.

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 triphasé 220 v, 50 Hz , absorbe un courant I = 20 A sous un facteur de puissance de 0,82 et tourne à la

fréquence de 1430 tr/mn. On néglige les pertes du stator ; calculer :

a – Le nombre de paires pôles p.

………………………………………………………………………………………………………………………………………….………………….

b – Le glissement g.

………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………

c – Le rendement h.

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

- Un moteur asynchrone triphasé porte les indications suivantes : 220v/380v , 50Hz , 720 tr/mn. Le moteur est alimenté par un

réseau de 220v ( 3 fils ). Déterminer :

A – Le couplage à réaliser, Justifier.

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

b – Le nombre de paires de pôles du stator p.

………………………………………………………………………………………………………………………………………….…………………

c – Le glissement g.

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