Chapitre1 Rappels: Les machines asynchrones triphas es
C
hapitre I
Rappels: Les machines asynchrones
triphas s
Contenu
I. INTRODUCTION ................................................................................................................ 2
II. CONSTITUTION ............................................................................................................... 2
II.1. STATOR ................................................................................................................... 2
II.2. ROTOR .................................................................................................................... 3
II.2.1. Rotor cage d' cureuil: ........................................................................................... 3
II.2.2. Rotor bobin bagues: ............................................................................................. 3
III. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT ........................................................................... 4
IV. VITESSE DE GLISSEMENT .......................................................................................... 4
V. BILAN DE PUISSANCE D'UN MOTEUR ASYNCHRONE ......................................... 6
V.1. PERTES JOULES AU ROTOR: ..................................................................................... 6
V.2. PUISSANCE: ............................................................................................................ 6
V.3. RENDEMENT: .......................................................................................................... 7
VI. DECODAGE D'UNE PLAQUE SIGNALETIQUE ....................................................... 7
VII. CHOIX DU COUPLAGE ................................................................................................ 8
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Chapitre1 Rappels: Les machines asynchrones triphas es
I. INTRODUCTION
Les entra nements lectriques pilot s par des machines asynchrones sont tr s utilis s dans le
domaine industriel. Ces machines sont tr s robustes et de faible co t dentretien et pouvant
fonctionner dans des conditions tr s s v res. Les performances dynamiques de la machine
asynchrone d pendent beaucoup de la qualit du d couplage entre le flux et le couple. Ce
d couplage dans le cas d'une machine courant continu excitation s par e est naturel.
Cependant, ce type de machine ne convient pas pour les grandes puissances. C'est lune parmi
dautres raisons qui a conduit lutilisation de la machine asynchrone.
Le moteur lectrique asynchrone a pour r le de transformer l nergie lectrique en nergie
m canique de rotation.
II. CONSTITUTION
Les moteurs asynchrones triphas s sont constitu s dune partie fixe appel e stator et dune
partie tournante appel e rotor.
II.1. Stator
Il est constitu de trois enroulements aliment s par des tensions triphas es et produisant un
champ magn tique tournant la fr quence de rotation :
f : fr quence en
ns = f/p avec p : nbre de paires de p les.
ns : en .
Si la fr quence f = 50 Hz, les vitesses synchrones possibles sont :
P
1
2
3
4
ns
ns
50
25
16.67
12.5
3000
1500
1000
750
Table.1. Les vitesses synchrones possibles en fonction du nombre de
paire de pole
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II.2. Rotor
Le rotor constitue dun circuit lectrique ferm o se cr e des courants induits qui entra nent
la mise en rotation du rotor. Le rotor tourne la vitesse de rotation n qui est inf rieure la
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vitesse synchrone ns.
II.2.1. Rotor cage d' cureuil:
Il est constitu de barres m talliques identiques dont les extr mit s sont r unies entre elles par
des couronnes m talliques peu r sistives. L'ensemble pr sente une r sistance lectrique tr s
faible, on dit que le rotor est en court-circuit.
Fig.1: Rotor cage d cureuil.
II.2.2. Rotor bobin bagues:
Les t les de ce rotor sont munies d'encoches o sont plac s des conducteurs formant un
bobinage le plus souvent triphas , trois bagues et trois balais sont pr vus pour acc der ces
enroulements, permettant de modifier certaines des caract ristiques lectriques du circuit
rotorique.
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Fig.2: rotor bobin bague.
III. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
Trois bobines fix es sur un circuit magn tique appel stator, sont aliment es par un r seau de
tension triphas . Ces trois tensions tant d phas es chacune de 120 , elles produisent travers
des bobinages statorique un champ magn tique tournant sexer ant sur un cylindre en
aluminium appel rotor.
Le rotor se met alors tourner dans le m me sens que le champ tournant mais une vitesse
l g rement plus faible do le terme asynchrone.
ou plus simplement:
Les trois enroulements statorique aliment s par un r seau triphas quilibr cr ent dans
lentrefer un champ magn tique tournant la fr quence de rotation de synchronisme ns. Les
conducteurs du rotor sont soumis ce champ tournant. Ils sont alors travers s par des courants
de Foucault induits. Dapr s la loi de Lenz, Le rotor est donc entra n dans le sens du champ
tournant une vitesse l g rement inf rieure
Si le rotor tourne la m me vitesse que le champ (synchronisme), il n'y aura pas de courant
induit, donc pas de forces lectromagn tiques, donc pas de rotation.
La fr quence de rotation du rotor, not e n, est inf rieure celle de rotation du champ qui est
appel e fr quence de synchronisme et not e ns.
IV. VITESSE DE GLISSEMENT
La vitesse de synchronisme est la vitesse de rotation du champ tournant :
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)s/tr(n
=
)Hz(f
p
et
rad(s
)s/
=
=
w
p
f2
p
Le glissement mesure l' cart relatif entre la vitesse de rotation de la machine et la vitesse de
synchronisme :
g : Le glissement .
g =
n
n
s
n
s
avec ns : La fr quence de rotation de synchronisme .
n : La fr quence de rotation .
On en d duit que :
Exemple d'application:
n = ns. (1 - g)
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Soit un r seau triphas (f = 50 Hz) alimentant un moteur trois paires de p les (p = 3) :
1) D terminer la vitesse de rotation en (tr/mn)
nS = 50/3 = 16,7 tr/s = 1000 tr/min
2) A la charge nominale, ce moteur tourne 950 tr/min , calculer alors le glissement
gN = (1000 - 950)/1000 = 0,05 = 5 %
" A vide (pas de charge), n H1000 tr/min, le glissement gvide H0 %
" Au d marrage (n = 0) , g = 1 (100 %)
Glissement g
Vitesse n
Fonctionnement
0
g <0
g >0
1
ns = nr
nr >ns
nr <ns
0
Rien ne fonctionne
G n ratrice
Moteur
D but de d marrage
Table.2. Diff rents cas de fonctionnement possibles
Remarques:
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En fonctionnement normal, le glissement ne d passe pas quelques pour cent.
A vide, un moteur asynchrone tourne pratiquement la vitesse de synchronisme.
V. BILAN DE PUISSANCE D'UN MOTEUR ASYNCHRONE
Fig.3: Bilan de puissance d'un moteur asynchrone
V.1. Pertes joules au rotor:
jrp
=
trP
emT
=
emT
(
jrp
=
trP.g
Remarque:
=
)
s
emgT
s
Les pertes fer sont essentiellement localis es au stator (elles sont n gligeables dans le rotor).
V.2. Puissance:
Puissance lectrique absorb par le stator:
P
a
Puissance transmise au rotor:
P
tr
=
P
a
P(
js
=
+
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UI3
cos(
)
=
.C)
P
fs
Pertes fer (pertes par hyst risis et par courants de foucaults):
P
fs
Pertes par effet Joule dans le stator:
P
2rI
=
3
2
js
( quel que soit le couplage)
P =
js
2RI3
(cas du couplage toile)
P =
js
2RI
(cas du couplage triangle)
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Avec:
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R: r sistance de l'enroulement statorique
r: r sistance mesur e entre deux bornes
Pertes fer (pertes par hyst risis et par courants de foucaults):
P
fs
Puissance transmise au rotor:
P
tr
=
P
a
P(
+
P
fs
js
=
.C)
A vide Pu=0 , g=0 et pjr=0
V.3. Rendement:
=
=
P
u
P
a
UI3
cos(
pertes
)
)
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cos(
UI3
VI. DECODAGE D'UNE PLAQUE SIGNALETIQUE
La plaque signal tique dun moteur asynchrone (moteur lectrique) est la carte didentit du
moteur d livr e et certifi e par le constructeur. Elle contient donc les caract ristiques
nominales lectriques du moteur.
Fig.4: Exemple de plaque signal tique
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Autre type de plaque signal tique:
3 ~ 11KW
Y/=230V/400V cos(cid:2030)=0.85
22.5A/39A 50HZ
1440tr/min
Fig.5: Autre type de plaque signal tique
UN = 400 V : tension d'alimentation nominale entre phases.
VN=230V : tension d'alimentation nominale la phase et la neutre.
IN = 22.5A : courant de ligne consomm charge nominale.
Pu = 11 kW : puissance utile nominale. (Puissance m canique fournie la charge).
nN = 1440 tr/min : vitesse de rotation nominale.
Cos(cid:2030) = 0,85 : facteur de puissance nominale.
VII. CHOIX DU COUPLAGE
Afin dadapter lectriquement un moteur (et viter de le griller) par rapport lalimentation
lectrique distribu e sur le r seau, il est IMPERATIF de coupler les enroulements du moteur.
A partir des indications donn es par la plaque signal tique et le r seau d'alimentation nous
devons choisir l'un des deux couplages possible toile ou triangle. Il faut alors appliquer les 2
r gles suivantes.
Si la plus grande tension de la plaque signal tique du moteur correspond la tension
entre phases du r seau on adopte le couplage Y.
Si la plus petite tension de la plaque signal tique du moteur correspond la tension
entre phases du r seau on adopte le couplage .
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Exemple:
R seau d'alimentation
Plaque signal tique
Couplage
230V
230V
Tension
simple
400V
400V
230V
400V
400V
690V
Y
.
Tension
Tension d'un
Tension entre
compos e
enroulement
deux
enroulements
Table.3. Tableau r capitulatif sur les couplages
Le couplage dans la boite borne du moteur :
Une fois d fini, le couplage ( toile Y ou triangle ) sera r alis gr ce des barrettes de
couplages positionn es dans la boite bornes du moteur.
Fig.6: Couplage dans la boite bornes du moteur
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