Moteur asynchrone

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Moteur asynchrone

 

 

1.     Fonctionnement


         Dans ce moteur à induction les courants triphasés qui alimentent le stator (inducteur) créent un champ tournant qui induit des courants dans les conducteurs du rotor (induit). Ces courants secondaires soumis à l’action du champ primaire génèrent des forces électromagnétiques qui sont à l’origine du couple moteur.

 


2.     Rappel des lois d’électrotechniques

 

Deux vitesses sont à distinguer :

         La vitesse de synchronisme ou vitesse du champ tournant :

Ws = 2pf/p

         avec   Ws : vitesse de synchronisme (rad/s).

                            f : fréquence des courants (hertz).

                            p : nombres de paires de pôles.

 

         La vitesse rotorique ou vitesse d’exploitation :

Wr < Ws

L’écart entre les 2 vitesses est le glissement g

g = 1-(Wr/Ws)

         avec Wr : vitesse rotorique (rad/s).

 

Autre dénomination de la vitesse:       n en tr/min

 

W = (2.p.n) / 60

avec W : vitesse rotorique en rad/s

          n : vitesse rotorique en tr/min

 

ns = (60.f) / p

avec   ns : vitesse de synchronisme (tr/min).

                           

g = (ns-n) / ns = 1-(n / ns )

 


EXERCICE 1

3.     Bilan des puissances

3.1. Bilan énergétique

 

Le moteur asynchrone absorbe une puissance électrique (Pa) qu’il transforme en puissance mécanique : la puissance utile (Pu), mais une partie de la puissance électrique est perdue en cours de transformation, ceci est du à la constitution du moteur.

 

Le bilan des puissances du moteur asynchrone est le suivant :

 

 

                   STATOR                                ROTOR

 

 

 


Pa                            Ptr                 Pem                             Pu

 

 

 

 

 


Pertes :     Pfs    Pjs             Pjr           Pméca

 

Pa : puissance électrique absorbée par le moteur

 

Pa = U.I.V3.cosj

 

 

 

Pfs : pertes fer stator : dues aux pertes dans les tôles magnétiques du stator (Pfs varie avec la fréquence d’alimentation f)

 

Pjs : pertes joules stator : pertes dans les enroulements du stator

·        Si R est la résistance d’un enroulement du stator :

En étoile : Pjs = 3.R.I²

En triangle : Pjs = 3.R.J²           (I = J.V3)

·        Si r est la résistance mesurée entre phases :

Pjs = (3/2).r.I²

 

Ptr : puissance transmise au rotor

Ptr = Tem.Ws       (avec Tem : couple électromagnétique en N.m)

Ptr = Pa – (Pfs + Pjs)

 

Pjr : pertes joules rotor : pertes dans les enroulements du rotor

Pjr = Ptr – Pem

Pjr = g.Ptr

(négligeables lorsque le moteur tourne à vide)

 

Pem : puissance électromagnétique

Pem = Tem.W

 

Pméca : puissance mécanique perdue : pertes dues aux frottements mécaniques engendrés par la rotation du rotor

 

Pu : puissance utile sur l’arbre : c’est la puissance mécanique sur l’arbre du moteur :

Pu = Tu.W

Pu = Pa – Pertes

Tu : couple utile sur l’arbre en N.m

W :vitesse du rotor

(Pertes = Pfs + Pjs + Pjr + Pméca)

 

 

3.2. Rendement

 

h = Pu / Pa

h = (Pa – Pertes) / Pa

 

 


EXERCICE 2 ET 3

 

4.     Constitution du moteur

4.1. Le stator

 

La partie active du stator est constituée de tôles magnétiques à faibles pertes d’épaisseur 0.5mm isolées entre elles afin de réduire les pertes dans le fer. Les tôles peuvent être soit obtenues d’une seule pièce (Diamètre<1m) soit découpées en segments. Dans ce dernier cas, le découpage permet une superposition des segments de manière à croiser les joints. Les tôles sont ensuite serrées entre deux plateaux d’extrémité prenant appui sur la carcasse.


 

 

 


4.2. Le rotor

 


Il existe deux types de rotors : le rotor à cage et le rotor bobiné (à bagues).

4.2.1.  Le rotor à cage

 

Un rotor à cage dit « rotor à cage d’écureuil » porte un système de barres conductrices, très souvent en aluminium, coulées dans les encoches d’un empilement de tôles. Les extrémités des barres sont réunies par deux couronnes. Cet ensemble ainsi réalisé présente une résistance électrique très faible : on dit que le rotor est en court-circuit.

 

4.2.2.  Le rotor bobiné

 

Un rotor bobiné est constitué majoritairement de trois enroulements, couplés en étoile, leurs extrémités sont réunies à trois bagues, sur lesquelles frottent des balais. Ce dispositif permet de modifier certaines caractéristiques électriques du circuit rotorique et par la même les propriétés électromécaniques du moteur asynchrone. Il permet de mettre en place des rhéostats de démarrage permettant d’avoir un courant de démarrage moins important avec un couple de démarrage toujours optimal.