le moteur asynchrone
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Le moteur asynchroneÉlectricité 2 — Électrotechnique
Christophe Palermo
IUT de MontpellierDépartement Mesures Physiques
&Institut d’Electronique du Sud
Université Montpellier 2Web : http://palermo.wordpress.com
e-mail : [email protected]
Année Universitaire 2010–2011
MONTPELLIER
Plan
1 PrésentationDéfinition et intérêtsPrincipe de fonctionnement
2 Technologie du moteur asynchroneLes circuits électriques
3 Fonctionnement du moteur asynchroneGlissementFonctionnement à videFonctionnement en chargeBilan des puissances
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le moteur asynchrone 2010–2011 2 / 22
Présentation
Plan
1 PrésentationDéfinition et intérêtsPrincipe de fonctionnement
2 Technologie du moteur asynchroneLes circuits électriques
3 Fonctionnement du moteur asynchroneGlissementFonctionnement à videFonctionnement en chargeBilan des puissances
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Présentation Définition et intérêts
Le moteur asynchrone
DéfinitionLe moteur asynchrone est une machine tournante fonctionnant avec ducourant alternatif et ayant un induit en court-circuit.
Avantages :Facile à fabriquerPas de collecteur
moins d’entretien et d’usureRobuste
Inconvénient : difficile à commander en forte puissance
Réversibilité : Machine asynchroneMoteur asynchrone ←→ Génératrice hypersynchrone
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Présentation Définition et intérêts
Où trouve-t-on ces machines ?
Moteur asynchrone triphasé : forte puissanceTrans-Manche Super Train (TGV Eurostar)Propulsion de navires
Moteur asynchrone monophasé : faible puissanceUtilisation domestique : climatisations, réfrigérateurs, ventilateurs,lave-linge, etc.
Génératrice hypersynchrone : production d’énergieÉoliennes modernesFreinage par récupération
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Présentation Principe de fonctionnement
Principe de fonctionnement
Alternateur synchrone :3 bobines décalées de 120˚+ champ tournant = système triphasé
Moteur asynchrone : c’est l’inverse !3 bobines décalées de 120˚+ système triphasé = champ tournant
Voir animation du champ tournant
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Présentation Principe de fonctionnement
Schéma de principe
Dans le champ tournant : on place un conducteur court-circuité
B
rotor métallique conducteur
enroulementsdu stator
champ tournant
dφ/dt 6= 0 =⇒ f.é.m + courant I (Faraday)Présence de B et de I =⇒ Mouvement (Laplace)Le conducteur poursuit le champ mais tourne moins vite (asynchrone)
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Technologie du moteur asynchrone
Plan
1 PrésentationDéfinition et intérêtsPrincipe de fonctionnement
2 Technologie du moteur asynchroneLes circuits électriques
3 Fonctionnement du moteur asynchroneGlissementFonctionnement à videFonctionnement en chargeBilan des puissances
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Technologie du moteur asynchrone Les circuits électriques
Le stator est l’inducteur
Élément mécanique statique = élément électrique inducteur
Stator relié au réseau triphasé
Bobinages :Décalés de 2π/3 dans l’espaceAlimenté par des courants triphasés
Création du champ tourant
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Technologie du moteur asynchrone Les circuits électriques
Vitesse du champ tournant
Vitesse de synchronisme ns ou Ωs
Dépend de la fréquence du réseau f ou ωDépend du nombre de paires de pôles p (comme dans l’alternateur)
ns =Ωs2π =
fp
Attention aux unités :S.I. : tr/s ou rad/sUsuellement : tr/min ou rad/min
Vitesse de synchronisme sur le réseau EDF : réseau 50 Hzp = 1 =⇒ ns = 50 tr/s = 3000 tr/minp = 2 =⇒ ns = 25 tr/s = 1500 tr/min
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Technologie du moteur asynchrone Les circuits électriques
Le rotor est l’induit
Il n’est pas relié au réseau, ni à aucune alimentation électrique
Conducteurs en court-circuitMoteur au démarrage : le rotor est immobile, le champ tourne
Flux magnétique variableFaraday : induction d’une f.é.m et donc de courants rotoriquesForce de Laplace : les courants rotoriques et le flux magnétiqueinteragissentLe rotor tourne (il est libre de le faire) =⇒ déploiement d’un couple
Le rotor en mouvement : glissementMoteur : le rotor poursuit le champ magnétique mais ne le rattrapejamais =⇒ vitesse n < nsGénératrice : le rotor tourne plus vite que le champ =⇒ n > ns
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Technologie du moteur asynchrone Les circuits électriques
Le rotor est l’induit
Il n’est pas relié au réseau, ni à aucune alimentation électriqueConducteurs en court-circuit
Moteur au démarrage : le rotor est immobile, le champ tourneFlux magnétique variableFaraday : induction d’une f.é.m et donc de courants rotoriquesForce de Laplace : les courants rotoriques et le flux magnétiqueinteragissentLe rotor tourne (il est libre de le faire) =⇒ déploiement d’un couple
Le rotor en mouvement : glissementMoteur : le rotor poursuit le champ magnétique mais ne le rattrapejamais =⇒ vitesse n < nsGénératrice : le rotor tourne plus vite que le champ =⇒ n > ns
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Technologie du moteur asynchrone Les circuits électriques
Le rotor est l’induit
Il n’est pas relié au réseau, ni à aucune alimentation électriqueConducteurs en court-circuitMoteur au démarrage : le rotor est immobile, le champ tourne
Flux magnétique variableFaraday : induction d’une f.é.m et donc de courants rotoriquesForce de Laplace : les courants rotoriques et le flux magnétiqueinteragissentLe rotor tourne (il est libre de le faire) =⇒ déploiement d’un couple
Le rotor en mouvement : glissementMoteur : le rotor poursuit le champ magnétique mais ne le rattrapejamais =⇒ vitesse n < nsGénératrice : le rotor tourne plus vite que le champ =⇒ n > ns
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le moteur asynchrone 2010–2011 11 / 22
Technologie du moteur asynchrone Les circuits électriques
Le rotor est l’induit
Il n’est pas relié au réseau, ni à aucune alimentation électriqueConducteurs en court-circuitMoteur au démarrage : le rotor est immobile, le champ tourne
Flux magnétique variableFaraday : induction d’une f.é.m et donc de courants rotoriquesForce de Laplace : les courants rotoriques et le flux magnétiqueinteragissentLe rotor tourne (il est libre de le faire) =⇒ déploiement d’un couple
Le rotor en mouvement : glissementMoteur : le rotor poursuit le champ magnétique mais ne le rattrapejamais =⇒ vitesse n < nsGénératrice : le rotor tourne plus vite que le champ =⇒ n > ns
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le moteur asynchrone 2010–2011 11 / 22
Technologie du moteur asynchrone Les circuits électriques
Le rotor
Il n’est pas relié au réseauConducteurs en court-circuitRotor bobiné :
Contrôle des caractéristiquesd’induitBagues et balais : entretien +coûtPas la meilleure solution
Cage d’écureuil :Pas de contrôle de larésistance d’induitPas d’entretien et peu cherEnroulements court-circuitésde forte section
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Technologie du moteur asynchrone Les circuits électriques
Le rotor
Il n’est pas relié au réseauConducteurs en court-circuitRotor bobiné :
Contrôle des caractéristiquesd’induitBagues et balais : entretien +coûtPas la meilleure solution
Cage d’écureuil :Pas de contrôle de larésistance d’induitPas d’entretien et peu cherEnroulements court-circuitésde forte section
IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le moteur asynchrone 2010–2011 12 / 22
Technologie du moteur asynchrone Les circuits électriques
Symboles électriques
(a) : rotor bobiné(b) : rotor à cage d’écureuil
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Fonctionnement du moteur asynchrone
Plan
1 PrésentationDéfinition et intérêtsPrincipe de fonctionnement
2 Technologie du moteur asynchroneLes circuits électriques
3 Fonctionnement du moteur asynchroneGlissementFonctionnement à videFonctionnement en chargeBilan des puissances
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Fonctionnement du moteur asynchrone Glissement
Glissement
Le rotor glisseIl “glisse” sur le champ magnétiquen < ns en mode moteur : le rotor va toujours moins vite que lechamp
Le glissement
g =Ωs − Ω
Ωs=
ns − nns
g est donné en %g ≤ 20% ... au delà le moteur cale ...
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Fonctionnement du moteur asynchrone Fonctionnement à vide
Moteur à vide
À vide :Le moteur n’est pas chargé mécaniquement
Il est inutile : Pu0 = 0
Il a un rendement nul η = 0
On supposera, pour simplifier, que :n0 = nsg0 = 0
cosϕ0 est petit :puissance essentiellement réactivemagnétisation
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Fonctionnement du moteur asynchrone Fonctionnement en charge
Fonctionnement en charge
Fonctionnement : zone linéaire Tu = an + b = kgDémarrage en charge possiblen < 0,8 ns =⇒ le moteur cale
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Fonctionnement du moteur asynchrone Fonctionnement en charge
Quelques caractéristiques de charge – 1/2
n
g01
nn nsnd
0,5 Tn
Tu
0
Tn
1,5 Tn
2 Tn
2,5 Tn
0
point de décrochage
démarrage
à vide
n
Charges en :n (pompe)n2 (ventilateur)Tu = cte (ascenseur)
Le moteur les entraîne
n
g01
nn nsnd
0,5 Tn
Tu
0
Tn
1,5 Tn
2 Tn
2,5 Tn
0
point de décrochage
démarrage
zone de fonctionnement
à vide
n2
n
g01
nn nsnd
0,5 Tn
Tu
0
Tn
1,5 Tn
2 Tn
2,5 Tn
0
point de décrochage
démarrage
à vide
Tu=cte
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Fonctionnement du moteur asynchrone Fonctionnement en charge
Quelques caractéristiques de charge – 2/2
Charge en n2 :Le moteur peut démarrerPoint de fonctionnement avecn < ndLe moteur cale
Charge en Tu = cteLe moteur pourrait l’entraîneren fonctionnementEn l’état, le moteur ne peutpas démarrer
n
g01
nn nsnd
0,5 Tn
Tu
0
Tn
1,5 Tn
2 Tn
2,5 Tn
0
point de décrochage
démarrage
zone de fonctionnement
à vide
n2
n
g01
nn nsnd
0,5 Tn
Tu
0
Tn
1,5 Tn
2 Tn
2,5 Tn
0
point de décrochage
démarrage
à vide
Tu=cte
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Fonctionnement du moteur asynchrone Fonctionnement en charge
Quelques caractéristiques de charge – 2/2
Charge en n2 :Le moteur peut démarrerPoint de fonctionnement avecn < ndLe moteur cale
Charge en Tu = cteLe moteur pourrait l’entraîneren fonctionnementEn l’état, le moteur ne peutpas démarrer
n
g01
nn nsnd
0,5 Tn
Tu
0
Tn
1,5 Tn
2 Tn
2,5 Tn
0
point de décrochage
démarrage
zone de fonctionnement
à vide
n2
n
g01
nn nsnd
0,5 Tn
Tu
0
Tn
1,5 Tn
2 Tn
2,5 Tn
0
point de décrochage
démarrage
à vide
Tu=cte
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Fonctionnement du moteur asynchrone Bilan des puissances
Bilan des puissances et des pertes
Pertes = Puissances activesBilan dans le moteur asynchrone
Puissance transmise à l'entrefer Ptr
Pertes mécaniquesrotationelles Prot
Puissance mécanique utile Pu
Pertes fer Pf
Pertes Joule au stator PJS
Puissanceélectromagnétique Pem
Pertes Joule au rotor PJR
Puissance électrique absorbée Pa
RESEAU
CHARGE
STATOR = inducteur
ROTOR = induit
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Fonctionnement du moteur asynchrone Bilan des puissances
Pertes constantes
Se mesurent à vide
Pc = Pa0 − PJS0 = Pfer + Prot
En TP : mesure de Pa0 avec la méthode des deux wattmètres
Les autres pertes se calculent toutes
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Fonctionnement du moteur asynchrone Bilan des puissances
Plaque signalétiqueGrandeurs nominales
Fonctionnement du moteur prévu par le constructeur, meilleuresperformances
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