FONCTION CONVERTIR L’ENERGIE LA sarah. sont : une temp©rature comprise entre –16 et + 40 C ; l’altitude

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  • Le moteur asynchrone Page 1 sur 9 Terminale lectrotechnique

    FONCTION CONVERTIR LENERGIE

    LA MACHINE ASYNCHRONE Objectif terminal : A la fin de la squence, llve sera capable de :

    _ justifier le choix du convertisseur dnergie Objectif intermdiaire :

    _ identifier la structure interne de la machine _ identifier les caractristiques de la machine grce la plaque borne _ justifier le type de couplage effectu sur la machine _ identifier les diffrentes caractristiques de couple et de courant de la machine _ identifier et justifier les diffrents procds de dmarrages de la machine _ justifier le type de service et la classe de protection de la machine

    Prrequis :

    _ les grandeurs lectriques caractrisant la machine asynchrone I. INTRODUCTION Les moteurs asynchrones reprsentent au moins 80% des moteurs lectriques utiliss couramment ; cela est d, en grande partie :

    _ son cot peu lev _ sa robustesse _ sa simplicit de construction _ ses facilits de dmarrage

    II. FONCTION Le moteur asynchrone est une machine transformant lnergie lectrique apporte par le courant alternatif monophas ou triphas en nergie mcanique. Cest un convertisseur dnergie ; Il est caractris par des grandeurs dentres qui sont lectriques et des grandeurs de sorties qui sont mcaniques. III. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

    Les trois champs alternatifs produits par les 3 bobines identiques places 120 alimentes en courant triphas se composent pour former un champ magntique tournant. Le champ magntique tournant, induit dans le disque conducteur des courants de Foucault. Ceux-ci, daprs la loi de Lenz doivent sopposer la cause qui leur donn naissance. Comme ils ne peuvent empcher la rotation du champ tournant, ils entranent le disque en rotation, mais en aucun cas, le disque ne peut atteindre la vitesse du champ sinon il y a suppression du phnomne qui est lorigine des courants induits.

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    IV. CONSTITUTION On classe les diffrentes pices rencontres dans toutes machines tournantes selon les trois grandes fonctions ralises. Organes constitutifs Organes lectriques 1- Enroulements statoriques 2- Barres de cuivre rotorique Organes mcaniques 5- Carter avec fixation ou stator 6- Rotor avec son arbre 7- Roulements bille 8- flasques 9- Ventilateur 10- Capot de ventilation Rles des organes Organes lectriques

    _ produire le flux lectromagntique ( champ tournant ) _ assurer la continuit de lnergie entre le rseau et la machine

    Organes magntiques _ canaliser le flux lectromagntique avec un minimum de pertes

    Organes mcaniques _ dassurer la transmission de lnergie mcanique _ dassurer le support et le guidage des masses tournantes _ dassurer la protection des parties actives _ dassurer la fixation de la machine

    Ces diffrents organes peuvent tre regroups en 2 parties :

    _ la partie fixe : Le stator _ la partie mobile : le rotor

    Organes magntiques 3- circuit magntique fixe 4- Circuit magntiques tournant

    11- Tige de montage 12- Plaques bornes

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    Le stator : Partie fixe comprenant trois enroulements identiques rpartis sur un circuit magntique feuillet ( tle en acier au silicium pour diminuer les pertes par hystrsis et par courant de Foucault, en gnral ces tles sont isoles par oxydation ou par un vernis isolant ). Les enroulements sont constitus de conducteurs logs dans des encoches du circuit magntique. Ces enroulements seront aliments par le rseau via la plaque bornes.

    Le rotor : Il existe deux types de rotor : Le rotor cage dcureuil Le bobinage est rduit un ensemble de conducteurs ( 1 ) dont toutes les extrmits ( 2 ) sont relies entre elles en formant une cage. Ce type de rotor est aussi appel rotor en court- circuit. Le rotor bobin Trois enroulements coupls en toile, le point neutre nest pas accessible, par contre, les entres des enroulements sont relis la plaque bornes du stator via un ensemble de bagues et de balais. Le circuit magntique du rotor est aussi feuillet.

    L 1

    L 2

    L 3

    S ta to r R o to rR R R

    A rb re

    B ag ue

    R s is ta n ce s d e d m a rra g e

    B a la i

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    Intrt de ce type de rotor On utilise ce type de rotor s'il faut absolument limiter l'appel du courant au dmarrage et obtenir un couple de dmarrage lev : Dmarrage rotorique. V. GRANDEURS CARACTERISTIQUES 5.1 Relations grandeurs dentres / grandeurs de sorties La puissance lectrique (W) absorbe par un moteur asynchrone

    La vitesse de synchronisme (tr/s) : vitesse de rotation du champ tournant f :frquence de synchronisme, frquence du rseau ( Hz ) p : nombre de paires de ples du stator La vitesse angulaire du rotor (rad/s) : sexprime partir de la vitesse de rotation du rotor n : vitesse de rotation en (tr/s) remarque : n est infrieur ns La puissance mcanique (puissance utile) est celle obtenue sur larbre du moteur, cest celle qui dsigne

    la puissance nominale du moteur Pu sexprime en W Cu : couple utile moteur (N.m) en rad/s Le glissement : cest un cart relatif, il est donc sans unit, il sexprime en %

    g=ns

    nns

    5.2 Bilan de puissance

    Moteur asynchrone

    ENERGIEELECTRIQUE

    ENERGIEMECANIQUE

    CONVERTIR

    LENERGIEpertes

    Pa= cos3 IU

    Ns=p

    f

    n= 2

    = CuPu

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    Puissance transmise au stator

    Puissance transmise au rotor( Puissance lectromagntique )

    Puissance mcanique rotorique

    Puissance mcanique utile

    Pertes par hystrsis etcourant de foucault au stator

    Pertes par hystrsis etcourant de foucault au rotor

    Pertes mcaniques dues auxfrottement des paliers

    Pertes mcaniques dues la ventilation

    Pertes par effet joulesau rotor

    Pertes par effet joulesau stator

    Rappels

    _ pertes par courant de Foucault : lorsquun courant alternatif parcourt une bobine fixe sur un noyau magntique, il y a cration dun flux alternatif. Ce flux variable cre dans le circuit magntique des courants induits appels courant de Foucault qui provoquent des pertes par effet joule et donc provoque un chauffement du matriau.

    _ pertes par hystrsis : lorsquun matriau magntique est soumis un flux variable, il y a aimantation puis dsaimantation de la matire. Lnergie qui est absorbe durant laimantation nest pas totalement restitue lors de la dsaimantation, une partie se transforme en chaleur.

    Remarque : Les pertes par hystrsis et par courant de Foucault sont lies. On parle gnralement de pertes fer globales. 5.3 La plaque signaltique Cette plaque, situe sur la machine, nous donne les caractristiques du moteur. Exemple de plaque

    Type de service : S1, S2, S3, Type de construction

    _ indice de protection IP 54 Il existe deux familles de fixation : pattes ou flasques-brides. Deux codes existent selon les positions de fixation. _ position verticale ( V ) ou horizontale ( B )

    Contraintes lies lenvironnement Les conditions normales dutilisation des moteurs standard sont : une temprature comprise entre 16 et + 40C ; laltitude infrieure 1000m. Des corrections seront apportes en dehors de ces valeurs.

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    Caractristiques lectriques tension : 220 / 380V La plus petite des tensions indique la tension maximum supporte par un enroulement courant : 290A / 167A

    _ Moteur coupl en triangle (220V ), il absorbe en ligne 290A et par enroulement 167A au point de fonctionnement nominal. _ Moteur coupl en toile (380V ), il absorbe en ligne et par enroulement 167A au point de fonctionnement nominal.

    frquence : 50 Hz nombre de phase 3 facteur de puissance : cos =0.87 , est le dphasage entre le courant circulant dans un enroulement et la

    tension aux bornes de cet enroulement. Caractristiques mcaniques puissance : 90 kW , cest la puissance utile sur larbre au point de fonctionnement nominal. vitesse : 1480 tr/min vitesse de rotation du rotor au point de fonctionnement nominal. 5.4 Couplage des enroulements statoriques dune MASYN Les 3 enroulements tant accessibles sur la plaque bornes, nous pouvons le coupler en toile ou en triangle. Le couplage est ralis laide de barrettes de cuivre. Couplage toile : symbole Y les 3 enroulements ont un point commun X,Y et Z. Exemple : Un moteur 220/380 V sera branch en toile pour un rseau triphas 220/380 V ( 380 V tension entre phases ).Chaque enroulement supporte 220 V. Couplage triangle : symbole D les 3 enroulements sont monts en srie et les points communs relis chaque phase du rseau. Exemple : Un moteur 380/660 V sera branch en triangle pour un rseau triphas 220/380 V ( 380 V tension entre phases ). Chaque enroulement supporte 380 V.

    U V

    U V W

    W U V

    U V W

    W

  • Le moteur asynchrone Page 7 sur 9 Terminale lectrotechnique

    VI. CHOIX DUN MOTEUR ASYNCHRONE 1. Dterminer la puissance utile ( catalogue )

    _ Altitude _ Type de service : continu, temporaire, intermittent

    2. Choisir le type de construction

    _ Aptitude du matriel supporter les 3 influences externes : - prsence de corps solides - prsence deau - risques de choc mcaniques

    _ Lettre qui dfinit la tenue en temprature du bobinage ( classe disolation )

    3. Choisir le genre du moteur _ cage _ rotor bobin