Chapitre V : Moteurs asynchrones

2010-2011 Mohamed ELLEUCH 1

Illustration du champ tournant triphasé


Principe du moteur synchrone


Principe moteur synchrone


Principe du Moteur Synchrone

Lorsque l’on place l’aiguille aimantée entre les branches de l’aimant en U au repos,
elle s oriente suivant le sens du champ magnétique de ce dernier.
s’oriente dernier
La rotation de l’aimant en U, entraîne la rotation de l’aiguille dans le même sens et à
la même vitesse.
Dans ce cas là, la vitesse est appelée vitesse de synchronisme, notée Ωs ( en rad s-1)
là synchronisme rad.s 1).

Principe Moteur Asynchrone


Principe du Moteur Asynchrone
Action sur un disque amagnétique

La rotation de l’aimant produit celle du disque, mais ce dernier tourne plus
lentement. La rotation est asynchrone.
Le disque métallique est le siège de courants induits, créés par la variation du
flux ( dû à la rotation du champ magnétique de l’aimant en U par rapport au
disque ) appelés aussi courants de Foucault.
Foucault

Organisation « didactique » d’un moteur
Asynchrone


MA-Sens Trigonométrique
g q


MA- Inversion du sens de rotation
sens horaire


Glissement du rotor par rapport au
champ tournant

MA3_Glissement.avi


induction machine, general design


Constitution Industrielle


Moteur Assemblé


MOTEUR ASYNCHRONE
2 variantes
STRUCTURE
Stator : feuilleté, support d un bobinage de 3 enroulements (à p bobines
feuilleté d'un
chacun) et générant un champ tournant à 2 p pôles.

Rotor : 2 variantes :
Rotor à cage (CAG)
rotor feuilleté, comprenant des encoches contenant des barres non isolées
(insérées
(i é é en C ou i j té en Al) court-circuitées aux extrémités par
Cu injectées Al), t i ité t é ité
deux anneaux.

Rotor bobiné (BAG)
rotor feuilleté, comprenant des encoches contenant un bobinage triphasé,
isolé.
Ce dernier est relié à 3 bagues sur lesquelles frottent des charbons,
reliés à un rhéostat.


Stator Organisation
g


Low Voltage - High Voltage
Stator Windings

LV HV


Organisation des enroulements statoriques

Réseau
Ré Réseau
220 V 380 V

Plaque à bornes
statoriques


ROTOR Organisation
L’entrefer séparant le stator et le rotor est généralement inferieur à 1 mm

slip-ring rotor
squirrel cage
squirrel-cage rotor

Rotor bobiné
2010-2011 = (BAG) Mohamed ELLEUCH Rotor à cage = (CAG) 20

slip-ring rotors (BAG)
p g ( )
MOTEUR à BAGUES (BAG)
Rotor
induction machines with
slip-ring rotor consist of three-
phase windings with a number
of,
of similar to their stator
stator.

End windings are outside
the cylindrical cage connected
to slip rings.

R t windings are short-
Rotor i di h t
circuited either directly or via
brushes
Brushes
Br shes

using a starting resistor or can
pp y g
be supplied by external voltage,
which are means to adjust
rotational speed.

Couplage

Rotor toujours en Y


squirrel-cage rotor
Squirrel-cage rotors are composed of
separate rotor bars to form a cylindrical
cage.

Their end windings are short-circuited
using short-circuit-rings at their end
faces.

This type of construction does not admit
any access t the rotor
to th t


induction machine, unassembled parts


Rotor bars, Short-ciruit Rings, iron lamination


ETUDE des CHAMPS TOURNANTS
• On alimente les enroulements statoriques par un système de tension triphasé de
triphasé,
pulsation ωs. D’après le théorème de FERRARIS on obtient un champ tournant à p
paires de pôles tournant à la vitesse:

• Les courants induits dans le rotor font tourner celui-ci à la vitesse Ω.
• La pulsation des f.é.m. induites dans les enroulements rotoriques est :
ω= p (Ωs- Ω)
Les courants rotoriques créent ( théorème de Ferraris ) un champ tournant :

• Les deux champs d’induction (stator/ Rotor) se composent pour former un champs
glissant résultant tournant à Ωs .

• On note g : le glissement du rotor par apport au champ tournant:

• La fréquence au rotor: f = g fs


Exemples
frotor
(Hz)
(H )

1,565
1 565

2

1,75

2,33
,

2


COUPLE MOTEUR Cm
• En vertu de la loi de Lenz, les forces de Laplace s’exerçant sur
le rotor entrainent celui‐ci dans le sens de rotation du champ:
C’est donc le couple moteur Cm
• Si on désigne par Cr le couple résistant nécessaire pour
entrainer la machine commandée par l moteur. O a :
t i l hi dé le t On

• Le fonctionnement étant basé sur la réaction des courants induits, d’où
l’appellation : moteur à induction.

Bilan de Puissance

Pem = Cem . Ω

2010-2011 30
Mohamed ELLEUCH

Bilan de Puissance

Pjr = Ptr- Pem = Cem (Ωs – Ω) =
Pjr = g Ptr = g Cem Ωs = g Ptr


Power Diagram: Example
diagram of a 4kW two-pole induction motor.
PFe, iron losses; PCus, resistive losses of the stator; Pad, additional losses; Pδ, air-gap power;
PCur, resistive losses of the rotor; Pρ, friction losses.
The losses (700W in total) have to be removed from the machine at an acceptable temperature
difference to the ambient


Caractéristiques de fonctionnement
q
Equation aux bornes de l’enroulement statorique

Ptransmise = Ptr Pélectromagnétique = Pem

Rotor

Le rendement est autant élevé que le glissement g est faible !
(g = 1% à 6%) )


Etude du fonctionnement: A VIDE
• Le fonctionnement à vide est caractérisé par l’absence de couple résistant (Cr = 0)
• L’étude sera faite sur un moteur à rotor bobiné.
Rotor ouvert
• Nous somme en présence d’un transformateur triphasé à champ tournant
• Jo : courant statorique; J2 = 0.
• Les f.é.m induites par le champ tournant respectivement Dans le stator et le rotor sont :


Fonctionnement à rotor ouvert

Cet essai n’est possible qu’avec le moteur BAG et permet d’évaluer le rapport
de transformation m


Rotor Fermé
Quand Cr = 0 alors Ω ≈ Ω
Q d l Ωs
Les courants statoriques et rotoriques deviennent J10 et J20 qui sont assez
inférieurs respectivement à J1n et J2n avec :
– J1n : courant nominal statorique en pleine charge ;
– J2n : courant nominal rotorique en pleine charge .
On a:


FONCTIONNEMENT EN CHARGE
Le fonctionnement en charge est caractérisé par un couple résistant (de charge) Cr différent
g ( g )
de zéro.
Les caractéristiques du point de fonctionnement sont :
– V1: tension d’alimentation de pulsation ωs
– J1 , J2 : courants statorique et rotorique
– Ω: pulsation de rotation du rotor
– Kp1, Kp2: coefficients de Kapp (stator et rotor)
– R1, R2 : Résistance ohmique d’un enroulement respectivement storique et rotorique
d un
– lo1, lo2 : coefficient d’auto-induction de fuite (stator, rotor).
– N1, N2 : nombre de conducteurs actifs par enroulement (stator, rotor).

Primaire (stator) Secondaire (rotor)

f.é.m
fém E1 = Kp1 N1 fs Φm
= K E2 = Kp2 N2 (g fs) Φm = g E2d
= K (g f ) Φ = g E
pulsation             ωs ω = g ωs
Fréquence            fs f= g fs
Intensité               J1 J2
Impédance de fuite   R1 + j Iσ1 ωs = R!+ j Xσ1 R2+ j Iσ2 gωs = R2+ j g Xσ2


Equation aux Ampères – tours

Pour l étude des Ampères tours (At), on peut remplacer le rotor
l’étude
réel par un rotor immobile équivalent afin d’obtenir des courants
statoriques et rotoriques à la même fréquence fs, sans toutefois
changer la valeur des modules.


Schéma équivalent (1)
J1 jXσ1 jXσ2
R1 R2

J0 m
E1 E2
V1 Xm J2 R2(1-g)/g

K

•Le schéma équivalent doit rendre compte des équations électriques aux bornes des enroulements
•en plus du bilan de puissance établi.
Equations électriques :

Si le rotor est bobiné, l’interrupteur K est ouvert quand le rotor se trouve ouvert.


Schéma équivalent (2)
RFs = constante Rm =

J1 jXσ1 jXσ2
R1 R2

J0 m

V1 RFs Xm RFr Jm R2(1-g)/g
R2

K

Pa Ptr Pém Pu

pjs pFs pFr pjr pm

Les
L pertes fer sont proportionnelles au carré de l’induction et d l f é
t f t ti ll é d l’i d ti t de la fréquence
Les pertes mécaniques sont proportionnelles à la vitesse du rotor
Les chutes provoquées par les impédances de pertes Zσk = Rk + jXσk sont
négligeables devant les fém induites
induites.

Schéma équivalent simplifié
La première simplification consiste à:
• Ramener les paramètres rotoriques du coté
stator,
,
• Négliger les pertes fer rotoriques
• Mettre les pertes mécanique et les pertes
fer statoriques sur une résistance Rm placée
en parallèle avec la réactance magnétisante
Xm .

La deuxième simplification consiste à ramener
la branche magnétisante aux bornes de la
source d’alimentation

Le modèle le plus simplifié consiste à négliger
toutes les pertes sauf les pertes Joule
rotoriques avec mise en parallèle de la
branche magnétisante Xm en parallèle avec
la source.


Schéma équivalent simplifié

Ce modèle permet d’étudier qualitativement les différentes caractéristiques du moteur. Les
résultats sont quantitativement acceptables pour des moteurs de grande puissance (à partir
de quelques dizaines de kW).


CARACTERISTIQUE MECANIQUE

Pour étudier l’allure nous remarquons que:
l allure,
• la fonction est impaire
•et nous distinguons :

Si g varie (0→∞) Mg décrit un
(0→∞),
2010-2011
demi cercle
Mohamed ELLEUCH 43

Cem

Cmax
Cmax

Cd

00 gc 1 2

Générateur
Moteur Générateur

Instable Stable Instable

-1≤ g ≤ 1

Rotor tourne Champ tourne en
Rotor tourne plus vite que le
moins vite sens inverse du
champ tournant
que le rotor
champ
tournant
to rnant


Autre expression du couple
Posons:
M = Cem ; ω1 = ωs = p Ωs
Mkipp = Cmax
S = g; Skipp = gc

Le couple devient:


Calcul de Cmax R/g = X (gc= R/X)
On remplace R/g par X dans l’expression
du couple on obtient :

Cmax

Cd

C
Cdd
Cd
C
Cn d

g 1 0

Ω=0 Ω=(1-g) Ωs Ωc Ωs

appelé facteur de stabilité Cem (Ω)
Calcul du couple de démarrage Cd :
Faire g =1 dans Cem
Cd 3 V1²R/ Ωs. X² R²

INFLUENCE DE LA RESISTANCE ROTORIQUE
• En introduisant le rhéostat triphasé avec les enroulements du rotor:
R = R’2+ Rh (Rh : Valeur ramenée au stator = Rhréel/m2).
• Le couple maximal Cmax reste inchangé car il ne dépend pas de R R.

gc augmente avec Rh

•Cd augmente aussi avec Rh.

Donc le glissement critique est le couple
de démarrage sont pratiquement
proportionnels à (R’2+ Rh)

2010-2011 Mohamed ELLEUCH Rh = X - R2’ 47

DEMARRAGE DES MOTEURS ASYNCHRONES

• Lorsque le stator est mis sous tension, le rotor est à
l’arrêt : ( Ω= 0 ; g = 1)

• Le moteur se comporte exactement comme un transformateur
triphasé en court-circuit (les courants rotoriques ont alors la
même fréquence fs que les grandeurs statoriques).

• La valeur efficace Jd des courants appelés est alors très
supérieure au courant nominal Jn
éi t i l

• Jd est le courant de décollage (démarrage)
(démarrage).

• Le rapport Jd/Jn appelé pointe de courant varie : de 4 à 10 !

Courant appelé
En première approximation, négligeons
le courant magnétisant Jo devant

Lorsque Ω augmente depuis zéro g diminue depuis 1 et R/g
zéro, 1,
augmente , alors le courant appelé décroit

Remarque : le courant appelé ne dure que très peu de
temps (Δt) et peut être généralement supporté par le
moteur sans échauffement dangereux.


Contraintes
Si le rapport Jd/Jn est fort, il donne une chute de tension sur le réseau
Si le réseau est peu puissant par rapport au moteur, la chute de tension
devient inacceptable pour le moteur et pour les autres usagers!
En général, on réduit le courant de démarrage à des valeurs acceptables

Pour réduire J1d il faut :
Soit augmenter R (insertion de Rh)
Soit augmenter R (insertion de Rh)
Soit réduire la valeur efficace V1 (autotransformateur,
impédance en série avec le stator….)
impédance en série avec le stator )

PROCEDES DE DEMARRAGE
Moteur à cage
Pour le démarrage d’un moteur à cage, il faut tenir compte :
g g , p
De la surintensité admissible par l’installation électrique
Du couple de démarrage nécessaire à la machine entrainée
De la durée de démarrage admissible par le moteur.

Emploi :
Démarrage Direct

Il convient pour un moteur à cage quand:
Il i à d
le réseau supporte Jd et
la machine entrainée permet le démarrage brutal
la machine entrainée permet le démarrage "brutal " :
c’est le cas des machines ayant besoin d’un fort couple de
démarrage (moteur de levage, forte cadence de démarrage).

Démarrage Direct
Avantage :
•Simplicité maximale de l’appareillage
•Couple important
•Temps de démarrage minimal.
Inconvénients :
•Appel du courant important : Jd = (4 à 8 )Jn
•Démarrage brutal
•Démarrage brutal


Démarrage étoile- triangle
Au
A moment de dé
t d démarrage, l 3 phases d stator sont couplées en ét il :
les h du t t t lé étoile
chacune d’elles n’est soumise qu’à la tension U/

Emploi :
Son emploi est limité aux machines démarrant à
vide (machine outils, transmission à vide, pompes
vide (machine outils, transmission à vide, pompes
centrifuges…)
Avantages :
•Appel de courant de démarrage Jd réduit :Jd/
•Complication d’appareillage faible
Inconvénients :
•Couple réduit au 1/3 de sa valeur du démarrage
direct.
•Coupure de l alimentation pendant le passage
•Coupure de l’alimentation pendant le passage
Du couplage étoile vers le couplage triangle
Le passage de l’étoile vers le triangle se fait quand Ω tend vers Ωs.
Si non, on f it appel à un f t courant
fait l fort t

Démarrage par impédances statoriques
• Au moment de démarrage, on aura le schéma
simplifié suivant où :

Impédance de Impédance du moteur au
I éd d
démarrage
démarrage

D’où la réduction du couple de démarrage par : k2 < 1

démarrage par impédance statorique en trois temps : fermer C, puis C et finalement C
démarrage par impédance statorique en trois temps : fermer C puis C1 et finalement C2 .

Démarrage du moteur CAG
C2 C1
Exemple de démarrage par
impédance statorique en 3 temps :
fermer C, puis C et finalement C
fermer C puis C1 et finalement C2
Emploi :
Machine démarrant sous faible couple
(pompes, ventilateurs….)

Avantages : C
•Permet le choix de Cd : (Cd < (Cd)direct = Cdn)
•Passage d’un «Cran» sans coupure
•Prix d’achat faible
Inconvénients :
•Couple de démarrage est égale à (Cdn démarrage direct)
•Consommation d’énergie (active si Za = Ra)
Remarque
A éviter ce mode de démarrage (par impédance statorique ) , si le démarrage est
fréquent.
fé t

Démarrage par autotransformateur
Emploi :
• Le procédé de démarrage par
autotransformateur est utilisé en
général pour des machines
relativement puissante, (Pn > 100
kW)
Avantages :
A t
• Choix du couple de décollage
• Il n’y a pas coupure du courant
’
Inconvénient :
• Prix d’achat élevé
(autotransformateur plus
contacteurs).
contacteurs)

Procédé de démarrage d’un moteur BAG
On
O va chercher, grâce à ce procédé, à augmenter le moment d couple au
h h â à édé à l du l
démarrage, tout en réduisant l’intensité du courant appelé .

On insère des résistances rotoriques variables
O i è d éit t i i bl
qui seront éliminées après le démarrage.
Cette variation peut être « continue » ou en
« cran »

*Jd ne dépasse pas la valeur admissible (par exemple 2 Jn)
*Le démarrage est le plus court possible puisque, à chaque changement de plot, le
2010-2011
couple retrouve sa valeur maximale. Mohamed ELLEUCH 57

Démarrage (BAG)

Avantages :
•Le choix de la valeur de Cd (Cd ≤ CMax)
( )
•Réduction du courant de démarrage avec augmentation de Cd
• Le choix de la valeur de Cd (Cd ≤ CMax)
•Réduction du courant de démarrage avec augmentation de Cd
Inconvénients :
•Procédé couteux (machine asynchrone à rotor bobiné plus
rhéostat)
Forte consommation de l’énergie au démarrage
F t ti d l’é i dé

Emploi : Ce mode de démarrage est utilisé quand la
charge exige un couple Cd important.

Démarrage par Soft-Starter (CAG)
Pour diminuer la valeur de la tension,
il suffit d’interposer un gradateur triphasé
entre le réseau et les bornes du moteurs.
entre le réseau et les bornes du moteurs
Par phase, deux thyristors montés tête‐ bêche
contrôlent l’un l’aller, l’autre le retour du
courant .
courant
En retardant à chaque alternance l’entrée en
conduction du redresseur correspondant, on
diminue la tension appliquée au moteur.
di i l i li é

Avantage:
Si li ité t ût éd it
•Simplicité et coût réduit
Inconvénient:
•Réduction du couple de démarrage
•Pollution harmonique du réseau pendant le démarrage, sachant que le gradateur
doit être shunté après le démarrage
p
Emploi:
•Pour les charges qui n’exigent pas un fort couple de décollage compresseur,
ventilateur…

Comparaison du cout des différents solutions
• Désignation : Moteur à cage : CAG ; Moteur à Rotor bobiné : BAG
• Hypothèse : Prix du moteur CAG = 1.
• Exemple : Entrainement d’une pompe centrifuge de puissance P = 50 Ch.

Type du moteur
Type du moteur Valeur Appareillage Valeur Total
CAG 1 Démarrage direct (Contacteur 3~ ) 0.2 1.2
CAG 1 Démarrage Y‐D (Démarrage Y‐D) 0.4 1.4
CAG 1 Avec résistances statoriques 3 temps 0.66 1.66
BAG 1.7 Rhéostat de démarrage dans l’huile et 0.42 2.12
Contacteur 3~
BAG 1.7 Rhéostat de démarrage liquide et 0.62 2.32
contacteur 3~


1480
1,33%

1480


Variation de la résistance rotorique
Hypothèse: le courant totalisé dans le conducteur circule
uniformément dans l’épaisseur de peau δ.
la section de l’encoche occupée par le courant est :
la section totale de l’encoche est :
Exemple: La barre est en cuivre Cu.
Au démarrage, la fréquence rotorique f = 50Hz ce qui limite le courant à une
g q q q
épaisseur δ≈1 cm.
La résistance de la tige occupant l’encoche au démarrage:

En fonctionnement normal, frotorique ≈ 0 ; δ = h: donc
q

si h 5 cm Rd 5.Rn

Mohamed ELLEUCH 63
2010-2011

Shapes of slots and rotor bars
(a) a double cage,
( )
(b) a deep slot,
p ,
(c) a typical castaluminium
rotor slot.

The slot opening is closed
p g
to ease the squirrel cage
die-cast process (no
p (
separate mould is required)


Variation de la résistance par effet de peau
Le moteur à encoches profondes utilise l'effet
pelliculaire.

A 50 Hz, l'épaisseur de pénétration dans le cuivre est
environ d 1 cm environ.
i de i

Quand la vitesse du moteur croît, la fréquence des
courants rotoriques diminue l'épaisseur de pénétration
diminue, l épaisseur
augmente et la résistance de la cage diminue sans aucune
intervention extérieure.

Encoches normales
Encoches profondes

Couple d'
C l d'une machine
hi
asynchrone pour un rotor à cage
et un rotor à encoches profondes


Le moteur à double cage
Le moteur à double cage arrive à concilier la simplicité
et la robustesse du moteur à cage et les qualités du
rotor bobiné
bobiné.

Le rotor possède deux cages concentriques:
la
l cage externe, d grande résistance (b
t de d é i t (barres d l it d
de laiton de
faible section),
la cage interne, en cuivre, plus inductive parce
qu'entourée de fer et moins résistive (section plus grande).

•Au démarrage, la fréquence des courants rotoriques est
g , q q
élevée (fs). La grande réactance de la cage interne,
combinée à l'effet pelliculaire, favorise le passage du
courant dans la cage externe
externe.

•A la vitesse nominale, la fréquence rotorique étant faible
(g.fs),
(g fs) seule la cage interne, de faible résistance est active.
interne active

Caractéristique mécanique du moteur double cages

DC
•Cage Extérieur E caractérisé C
par Re, le
par l Cage
•Cage Intérieur I caractérisé par Cage
E I
,
Ri, li
la caractéristique du couple en
fonction de glissement g pour les
cages E , I et l résultante d l
t la é lt t de la
double cage D.C .
2010-2011
Mohamed ELLEUCH
67 Ω

torque/speed characteristics
for different rotor types


Variation de la vitesse
• En industrie, on exige dans plusieurs cas le fonctionnement à vitesse
, g p
variable ; d’où l’on envisage des solutions :
Mécanique : En intercalant des engrenages (réducteur ou
multiplicateur) entre le moteur et la charge : (solution
onéreuse : variation de Ω limitée, rendement affaibli,
maintenance alourdie…).
i t l di )
Electroniques : Action sur :
(alim. freq. V i bl )⇒ M t
fs ( li a f Variable) Moteurs CAG
pc (on récupère alors pr de pc qu’on réinjecte au réseau). ⇒ Moteurs BAG
Le
L rendement d i t η = Pu /(Pa - pr ) Pu /(Pu + pjr )
d t devient: )=
(acceptable pour des puissances utiles corrects)
η=


Insertion de Rhéostat au rotor (BAG)
• En résonnant sur la partie stable de la caractéristique C(n)

A couple Cem constant, on aura :

Avantages :
Le Rhéostat de glissement est facile à
mettre en œuvre.
Inconvénients :
•Le rendement 1‐g est faible pour les
petites vitesses : pC 3
petites vitesses : 3

Cascade hyposynchrone (BAG)
Le réseau fournit de la puissance :
Préseau Pa – pr.
On récupère la puissance soutirée
On récupère la puissance soutirée r en utilisant cet ensemble de
en utilisant cet ensemble de
redresseur onduleur
Les pertes se réduisent aux pertes Joule rotoriques;
à puissance voisine de Pn :
i i i d P
pjr 3 R2 J22 Pa pc pjr pr g Pa pr ≈ g Pa

Le réseau fournit donc :

Préseau Pa – pr 1‐ g Pa
P 1 P

ou encore :

reste toujours satisfaisant

Emploi
Emploi :
• Ce procédé est utilisé pour les moteurs de puissance
supérieure ou égale à un MW, Sinon, on utilise un moteur à
courant continu avec son variateur de vitesse
vitesse.
• Ce procédé largement utilisé actuellement dans les éoliennes
(DFIG) avec des convertisseurs redresseur+onduleur du type
MLI

Inconvénient :
• Exige un moteur à bagues plus couteux qu’un moteur à cage
qu un cage,
en plus des convertisseurs statiques


Variation de la vitesse du moteur CAG
Action sur le nombre de pôles
• On construit des moteurs dont l’enroulement statorique présente, grâce à
deux couplages possibles :
• -soit 2p pôles; -soit 4p pôles
Emploi :
• Ce procédé est utilisé dans les cas ou deux régimes différents sont
nécessaires (ascenseurs, tapis roulants, éolienne à vitesse fixe SCIG….)
Action sur la tension d’alimentation
d alimentation
• La seule façon d’augmenter le glissement d’un moteur asynchrone à cage,
alimenté par des tensions de fréquence constante, est de diminuer la valeur
de ses tensions.
La mise en œuvre de ces procédés
est très simple : il suffit d interposer
d’interposer
un gradateur triphasé entre le réseau
et les bornes du moteurs

Emploi du gradateur (CAG)
Emploi :
• Ce procédé n’est utilisable que pour
l’entrainement de charges dont le
couple
co ple croit très vite avec la vitesse
ite a ec itesse
(Fig.5.35).

Inconvénients :
• Réduction de Cd
• Rendement médiocre pour les
faibles Vitesses
• Génèrent da s le réseau des
Gé è e t dans e éseau
harmoniques de tension et courant
(pollution harmonique).


Action sur la fréquence (CAG)
• La fréquence de rotation n étant toujours voisine de ns = fs/p /p.
• la meilleur solution pour agir sur ns est de faire varier fs : cela est possible
grâce à un onduleur autonome
• Le moteur doit toujours travailler à
flux constant , or :

( Il faut donc changer simultanément V1 et fs ) .


Action sur la fréquence (CAG)

Emploi :
Les variateurs de vitesse équipant les moteurs à cage se répandent de plus en
plus dans l’industrie, surtout dans le domaine de petite et moyenne puissance
dans le cas où :
Les machines exigent une grande plage de variation de vitesse (machine
outils)
Les machines sont à grandes vitesses (centrifugeuses , rectifieuses, électro-
broches…)

Freinage Hypersynchrone (Ω> Ωs)
• Exemple: Descente lancée d’un engin de levage

Le rotor tourne alors plus vite que la champ magnétique qui tourne à Ωs : Les courants
induits dans les phases rotoriques tendent à s’opposer à cette survitesse; le couple est
donc de freinage Cf .

Avec g 0
g

FREINAGE A CONTRE COURANT
• La méthode consiste à intervertir deux fils d’alimentation du stator :
d alimentation
• Le sens de variation du champ est brutalement inversé et d’après la loi de
Lenz, il est de même du couple :
• Cem s’exerçant en sens inverse de la rotation du rotor, Cem est devenue un
couple de freinage ; on parle de freinage à contre courant.

Pour le moteur BAG on insère
un Rhéostat Rh au rotor pour:

78
2010-2011 Mohamed ELLEUCH

MOTEUR ASYNCHRONE MONOPHASE

• Il s’agit d’un moteur à un bobinage statorique, portant (p) bobines
appartenant à une seule phase.
• Son rotor est à cage.
• La f.m.m statorique crée un flux alternatif d’axe fixe. Selon le théorème de
Leblanc, il est décomposé en deux champs tournants ayant :
– Même amplitude Hm
– p : paires de pôles (p bobines par phase )
– Pulsation

•Chaque champ tournant induit des courants dans le rotor et tend à l’entraîner
dans le même sens que lui ⇒ Cd =0

Si le rotor tourne à la vitesse Ω sens direct :
•Pour le champ tournant direct, le glissement est :
•Pour le champ tournant inverse, le glissement est :
+ Mohamed ELLEUCH 79
2010-2011

Caractéristique mécanique
q q
• En superposant l’effet des deux champs tournant sur le rotor on obtient le couple
l effet
résistant C(g)
•On voit que les deux couples égaux au démarrage donnent une résultante nulle

Remarque:
Remarque:

Le champ tournant inverse à peu
pres à 2Ωs par rapport au rotor
par rapport au rotor.
il produit donc dans le fer du rotor
des pertes ferromagnétiques qui
abaissent le rendement du moteur!
b i tl d td t !
Pour un moteur asynchrone , Cd, co

monophasé les paramètres:
les paramètres:
Cd, cosφ, η sont inférieurs à celui du
moteur asynchrone triphasé.

Mohamed ELLEUCH 80
2010-2011

Champ tournant diphasé
Soit deux enroulements décalés dans l’espace de π/2,
traversés par deux courants diphasés en quadrature .
Ils donnent naissance à un seul champ tournant .
p

Moteur à enroulement auxiliaire

On transforme le moteur monophasé en moteur diphasé en faisant
porter le stator d’un enroulement auxiliaire (Na) décalé de 90° par
rapport à l’enroulement principal (Np). L’enroulement auxiliaire
pp p p ( p)
sera traversé par un courant ia déphasé, (l’idéal à 90°) par rapport
au courant ip de (Np)
Ph. Principale Np
La phase auxiliaire occupe généralement un
nombre d’encoches inférieur à celle du
primaire autour de 1/3
primaire autour de 1/3 . Alim. 1
Alim 1~
Na est éliminé après le démarrage.
Donc, Na peut avoir une section de fil plus
fin que Np .
f
Ph. Auxiliaire Na

Organisation
g
Si Ia et Ip ne donnent pas un système parfaitement diphasé, on obtient un champ
p p y p p , p
elliptique ⇒ 2 Champs circulaires tournants: Direct Inverse .
la résultante du couple moyen de démarrage n’est plus nulle, le champ direct est
beaucoup pp plus important en module, q le champ inverse.
p que p
Parfois, un contact à force centrifuge ouvre la phase auxiliaire quand la vitesse à pris
une valeur suffisante. Si le condensateur est de bonne qualité, on laisse la phase
auxiliaire en service, ce qui supprime tout contact mécanique.
Pour certains moteurs, deux condensateurs sont utilisés, pour le démarrage et pour le
régime permanent.
Et. Principal
p Et. Auxiliaire Et.
Et Principal Et.
Et Auxiliaire

Ia Ia
C R
V Ip V Ip


Emploi :
Les moteurs asynchrones monophasés sont assez peu employés
en moyenne et grande puissance car :

• Leurs performances en charge sont inférieures à celles des
moteurs asynchrones triphasés d même puissance et
t h t i h é de ê i t
notamment pour le démarrage.

• Ces moteurs sont utilisés quand on n’a pas besoin d’un fort Cd,
et en absence de réseau triphasé
triphasé.

• Larger single phase motors up to about 10 Hp:
– A split phase motor with the addition of a capacitor in the starting
winding.
– Capacitor sized for high starting torque

Le stator à pôles saillants, avec
anneau de court-circuit (spire de Frager)
embrassant une partie du flux principal
Φp.
Φp

Le courant induit dans la bague
provoque un affaiblissement du flux
embrassé par la bague

Le déphasage créé entre le flux
auxiliaire Φa et Φp provoque
l’application d’un champ elliptique; donc
Cd serait non nul.

MOTEURS UNIVERSELS
FONCTIONNEMENT D UN MOTEUR SERIE (A COURANT CONTINU) EN
D’UN
ALTERNATIF
• Le sens du courant dans l’induit change simultanément avec la polarité de
l inducteur,
l’inducteur donc le couple garde le même sens
sens.
• Sous une tension alternative, le couple Cem et le rendement η du moteur
sont beaucoup plus faibles qu’en continu.
• La commutation est mauvaise, donc il ya des étincelles.

ETUDE DU FONCTIONEMENT


USAGES

Pour les faibles puissances le moteur universel
puissances,
est employé aux appareils électroménagers
(rasoirs, aspirateurs, robot,…).
(rasoirs aspirateurs robot ) Il a l’avantage de
l avantage
fonctionner sur n’importe quel secteur sous une
tension donnée
donnée.
Il est utilisé pour P < 1kW, pour avoir des
couples importants à des grandes vitesses
(perceuse, traction électrique,…).
Pour l moyennes puissances, il est utilisé
P les i t tili é
dans la «traction directe ».

Définition des indices de protection (IP)

Indices de protection des enveloppes des matériels électriques
p pp q
Selon norme CEI 34-5 - EN 60034-5 (IP) - EN 50102 (IK)

Exemple :
p
Cas d'une machine IP 55

IP : Indice de protection

5 : Machine protégée contre la poussière et contre les contacts accidentels.
Sanction de l'essai : pas d'entrée de poussière en quantité nuisible, aucun contact
l essai d entrée
direct avec des pièces en rotation. L'essai aura une durée de 2 heures (sanction
de l'essai : pas d'entrée de talc pouvant nuire au bon fonctionnement de la machine).

5 : Machine protégée contre les projections d'eau dans toutes les directions provenant
d'une lance de débit 12.5l/min sous 0.3 bar à une distance de 3 m de la machine.
L essai
L'essai aura une durée de 3 minutes (sanction de l'essai : pas d'effet nuisible de
l essai d effet
l'eau projetée sur la machine).


Plaque signalétique

MOTEUR ASYNCHRONE en anglais : INDUCTION MOTOR
Type : RYCN 450 L/2 référence constructeur.
N
N° 06A584 001 : N de série
N°
2007 : année de fabrication
M 5000 kg : poids
480KW puissance mécanique ut e su l’arbre du moteur (½ MW).
80 pu ssa ce éca que utile sur a b e oteu )
cos φ 0,92 : facteur de puissance : permet le calcul de la puissance réactive
consommée par le moteur.
2979 tr/min : Vitesse en tr.mn-1. Indique la vitesse nominale du rotor. On connait alors la
q
vitesse de synchronisme ns du moteur ici 3000 tr.mn-1.
IC CACA International Cooling : méthode et type de fluide pour le refroidissement.
IM 1001 : Classification des formes de construction et des dispositions de montage.
IP55 : Indice de protection, indique la résistance du moteur à la poussière et à l’eau.
IEC 60034-1 : Norme : caractéristiques assignées et caractéristiques de
fonctionnement.

Temp. 40°C : température ambiante maximum sur le site d'exploitation.
p p p
S1: Régime de fonctionnement, S1 fonctionnement 24h/24
50HZ : Fréquence du réseau d’alimentation.
Rendement ? 87%
Pour le Stator : Glissement ? 0.73%
ω ? 312rd.s-1
11 000V Tension nominale d'alimentation
28.3A Intensité nominale.
28 3A : I ié i l Couple sur l’arbre ? 3206Nm
Y couplage en étoile. (Δ pour un couplage en triangle)
3~ : Moteur triphasé.
CI F : Cl
Classe d'i l ti (é h ff
d'isolation (échauffement maximal d enroulements admissible 105°)
t i l des l t d i ibl
∆T 80K : Echauffement maximal admissible 80°

S ajoute
S'ajoute des informations sur le graissage
graissage.

Exercice

sont égales


Solution


•FIN
Moteurs
Asynchrones


Chapitre V : Moteurs asynchrones

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