Le moteur asynchrone

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Le moteur asynchrone

  1. 1. Le moteur asynchroneÉlectricité 2 — Électrotechnique Christophe Palermo IUT de Montpellier Département Mesures Physiques & Institut d’Electronique du Sud Université Montpellier 2Web : http://palermo.wordpress.com e-mail : cpalermo@um2.frAnnée Universitaire 2010–2011 MONTPELLIER
  2. 2. 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 puissancesIUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le moteur asynchrone 2010–2011 2 / 22
  3. 3. Présentation 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 puissancesIUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le moteur asynchrone 2010–2011 3 / 22
  4. 4. 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 hypersynchroneIUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le moteur asynchrone 2010–2011 4 / 22
  5. 5. 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 récupérationIUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le moteur asynchrone 2010–2011 5 / 22
  6. 6. 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 tournantIUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le moteur asynchrone 2010–2011 6 / 22
  7. 7. 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)IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le moteur asynchrone 2010–2011 7 / 22
  8. 8. Technologie du moteur asynchrone 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 puissancesIUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le moteur asynchrone 2010–2011 8 / 22
  9. 9. 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 tourantIUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le moteur asynchrone 2010–2011 9 / 22
  10. 10. 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 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/minIUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le moteur asynchrone 2010–2011 10 / 22
  11. 11. Technologie du moteur asynchrone Les circuits électriques Le rotor est l’induit Il n’est pas relié au réseau, ni à aucune alimentation électriqueIUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le moteur asynchrone 2010–2011 11 / 22
  12. 12. 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-circuitIUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le moteur asynchrone 2010–2011 11 / 22
  13. 13. 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-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 coupleIUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le moteur asynchrone 2010–2011 11 / 22
  14. 14. 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-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 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 > nsIUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le moteur asynchrone 2010–2011 11 / 22
  15. 15. Technologie du moteur asynchrone Les circuits électriques Le rotor Il n’est pas relié au réseau Conducteurs en court-circuit Rotor bobiné : Contrôle des caractéristiques d’induit Bagues et balais : entretien + coût Pas la meilleure solutionIUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le moteur asynchrone 2010–2011 12 / 22
  16. 16. Technologie du moteur asynchrone Les circuits électriques 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 solutionIUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le moteur asynchrone 2010–2011 12 / 22
  17. 17. Technologie du moteur asynchrone Les circuits électriques Symboles électriques (a) : rotor bobiné (b) : rotor à cage d’écureuilIUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le moteur asynchrone 2010–2011 13 / 22
  18. 18. Fonctionnement du moteur asynchrone 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 puissancesIUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le moteur asynchrone 2010–2011 14 / 22
  19. 19. 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 ...IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le moteur asynchrone 2010–2011 15 / 22
  20. 20. 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 magnétisationIUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le moteur asynchrone 2010–2011 16 / 22
  21. 21. Fonctionnement du moteur asynchrone Fonctionnement en charge Fonctionnement en charge Fonctionnement : zone linéaire Tu = an + b = kg Démarrage en charge possible n < 0,8 ns =⇒ le moteur caleIUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le moteur asynchrone 2010–2011 17 / 22
  22. 22. Fonctionnement du moteur asynchrone Fonctionnement en charge 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 0IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le moteur asynchrone 2010–2011 18 / 22
  23. 23. Fonctionnement du moteur asynchrone Fonctionnement en charge Quelques caractéristiques de charge – 2/2 Tu n2 point de décrochage zone de 2,5 Tn fonctionnement 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 2,5 Tn point de décrochage 2 Tn démarrage 1,5 Tn Tu=cte Tn 0,5 Tn à vide 0 n 0 nd nn ns g 1 0IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le moteur asynchrone 2010–2011 19 / 22
  24. 24. Fonctionnement du moteur asynchrone Fonctionnement en charge Quelques caractéristiques de charge – 2/2 Tu n2 point de décrochage zone de 2,5 Tn fonctionnement 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 2,5 Tn point de décrochage 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 0IUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le moteur asynchrone 2010–2011 19 / 22
  25. 25. 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 lentrefer Ptr ROTOR = induit Pertes Joule au Puissance rotor PJR électromagnétique Pem Pertes mécaniques Puissance mécanique rotationelles Prot utile Pu CHARGEIUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le moteur asynchrone 2010–2011 20 / 22
  26. 26. 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 toutesIUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le moteur asynchrone 2010–2011 21 / 22
  27. 27. Fonctionnement du moteur asynchrone Bilan des puissances Plaque signalétique Grandeurs nominales Fonctionnement du moteur prévu par le constructeur, meilleures performancesIUT de Montpellier (Mesures Physiques) Le moteur asynchrone 2010–2011 22 / 22

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