Le moteur asynchrone

Le moteur asynchrone
Électricité 2 — Électrotechnique

Christophe Palermo

IUT de Montpellier
Département Mesures Physiques
&
Institut d’Electronique du Sud
Université Montpellier 2
Web : http://palermo.wordpress.com
e-mail : cpalermo@um2.fr

Année Universitaire 2010–2011

MONTPELLIER

Plan

1 Présentation
Déﬁnition et intérêts
Principe de fonctionnement

2 Technologie du moteur asynchrone
Les circuits électriques

3 Fonctionnement du moteur asynchrone
Glissement
Fonctionnement à vide
Fonctionnement en charge
Bilan des puissances

IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le moteur asynchrone 2010–2011 2 / 22

Présentation

Plan

1 Présentation


Glissement


Présentation Définition et intérêts

Le moteur asynchrone

Définition
Le moteur asynchrone est une machine tournante fonctionnant avec du
courant alternatif et ayant un induit en court-circuit.

Avantages :
Facile à fabriquer
Pas de collecteur
moins d’entretien et d’usure
Robuste

Inconvénient : difficile à commander en forte puissance
Réversibilité : Machine asynchrone
Moteur asynchrone ←→ Génératrice hypersynchrone


Présentation Déﬁnition et intérêts

Où trouve-t-on ces machines ?

Moteur asynchrone triphasé : forte puissance
Trans-Manche Super Train (TGV Eurostar)
Propulsion de navires

Moteur asynchrone monophasé : faible puissance
Utilisation domestique : climatisations, réfrigérateurs, ventilateurs,
lave-linge, etc.

Génératrice hypersynchrone : production d’énergie
Éoliennes modernes
Freinage par récupération


Présentation 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


Présentation Principe de fonctionnement

Schéma de principe

Dans le champ tournant : on place un conducteur court-circuité

enroulements
du stator

B
champ
tournant

rotor métallique
conducteur

dφ/dt = 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)

Technologie du moteur asynchrone

Plan

1 Présentation


Glissement


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’espace
Alimenté par des courants triphasés

Création du champ tourant



Vitesse du champ tournant

Vitesse de synchronisme ns ou Ωs
Dépend de la fréquence du réseau f ou ω
Dépend du nombre de paires de pôles p (comme dans l’alternateur)

Ωs f
ns = =
2π p

Attention aux unités :
S.I. : tr/s ou rad/s
Usuellement : tr/min ou rad/min
Vitesse de synchronisme sur le réseau EDF : réseau 50 Hz
p = 1 =⇒ ns = 50 tr/s = 3000 tr/min
p = 2 =⇒ ns = 25 tr/s = 1500 tr/min



Le rotor est l’induit

Il n’est pas relié au réseau, ni à aucune alimentation électrique




Conducteurs en court-circuit




Moteur au démarrage : le rotor est immobile, le champ tourne
Flux magnétique variable
Faraday : induction d’une f.é.m et donc de courants rotoriques
Force de Laplace : les courants rotoriques et le ﬂux magnétique
interagissent
Le rotor tourne (il est libre de le faire) =⇒ déploiement d’un couple




Moteur au démarrage : le rotor est immobile, le champ tourne
Flux magnétique variable
Faraday : induction d’une f.é.m et donc de courants rotoriques
Force de Laplace : les courants rotoriques et le ﬂux magnétique
interagissent
Le rotor tourne (il est libre de le faire) =⇒ déploiement d’un couple
Le rotor en mouvement : glissement
Moteur : le rotor poursuit le champ magnétique mais ne le rattrape
jamais =⇒ vitesse n < ns
Génératrice : le rotor tourne plus vite que le champ =⇒ n > ns



Le rotor

Il n’est pas relié au réseau
Rotor bobiné :
Contrôle des caractéristiques
d’induit
Bagues et balais : entretien +
coût
Pas la meilleure solution



Le rotor

Cage d’écureuil :
Pas de contrôle de la
résistance d’induit
Il n’est pas relié au réseau Pas d’entretien et peu cher
Conducteurs en court-circuit Enroulements court-circuités
Rotor bobiné : de forte section
Contrôle des caractéristiques
d’induit
Bagues et balais : entretien +
coût
Pas la meilleure solution



Symboles électriques

(a) : rotor bobiné
(b) : rotor à cage d’écureuil


Fonctionnement du moteur asynchrone

Plan

1 Présentation


Glissement


Fonctionnement du moteur asynchrone Glissement

Glissement

Le rotor glisse
Il “glisse” sur le champ magnétique
n < ns en mode moteur : le rotor va toujours moins vite que le
champ
Le glissement
Ωs − Ω ns − n
g= =
Ωs ns

g est donné en %
g ≤ 20% ... au delà le moteur cale ...


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 = ns
g0 = 0

cos ϕ0 est petit :
puissance essentiellement réactive
magnétisation


Fonctionnement du moteur asynchrone Fonctionnement en charge


Fonctionnement : zone linéaire Tu = an + b = kg
Démarrage en charge possible
n < 0,8 ns =⇒ le moteur cale



Quelques caractéristiques de charge – 1/2
Tu
point de décrochage zone de
2,5 Tn fonctionnement
Tu
point de décrochage
2 Tn
2,5 Tn
démarrage
1,5 Tn n2
2 Tn
démarrage Tn
1,5 Tn
n 0,5 Tn
Tn à vide

0 n
0,5 Tn 0 nd nn ns
à vide
g
0 n 1 0
0 nd nn ns
g Tu
1 0
2,5 Tn point de décrochage

Charges en : 2 Tn
démarrage
n (pompe) 1,5 Tn
Tu=cte
n2 (ventilateur) Tn

Tu = cte (ascenseur) 0,5 Tn
à vide

0 n
Le moteur les entraîne 0 nd nn ns
g
1 0



Tu n2

2 Tn
démarrage
Charge en n2 : 1,5 Tn

Tn
Le moteur peut démarrer
Point de fonctionnement avec 0,5 Tn
à vide

n < nd 0
0 nd nn ns
n

Le moteur cale g
1 0

Tu

2 Tn
démarrage
1,5 Tn Tu=cte

Tn

0,5 Tn
à vide

0 n
0 nd nn ns
g
1 0



Tu n2

2 Tn
démarrage
Charge en n2 : 1,5 Tn

Tn
Le moteur peut démarrer
Point de fonctionnement avec 0,5 Tn
à vide

n < nd 0
0 nd nn ns
n

Le moteur cale g
1 0

Tu
Charge en Tu = cte
2 Tn
Le moteur pourrait l’entraîner démarrage
1,5 Tn Tu=cte
en fonctionnement
Tn
En l’état, le moteur ne peut
0,5 Tn
pas démarrer à vide

0 n
0 nd nn ns
g
1 0


Fonctionnement du moteur asynchrone Bilan des puissances

Bilan des puissances et des pertes
Pertes = Puissances actives
Bilan dans le moteur asynchrone
RESEAU

Puissance électrique
absorbée Pa

STATOR = inducteur
Pertes Joule au Pertes fer Puissance transmise
stator PJS Pf à l'entrefer Ptr
ROTOR = induit

Pertes Joule au Puissance
rotor PJR électromagnétique Pem

Pertes mécaniques Puissance mécanique
rotationelles Prot utile Pu

CHARGE


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



Plaque signalétique
Grandeurs nominales
Fonctionnement du moteur prévu par le constructeur, meilleures
performances


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