Le moteur asynchrone triphas

1 ) Gnralits

Le moteur asynchrone triphas est largement utilis dans l'industrie, sa simplicit de construction en fait un matriel trs fiable et qui demande peu d'entretien. Il est constitu d'une partie fixe, le stator qui comporte le bobinage, et d'une partie rotative, le rotor qui est bobin en cage d'cureuil. Les circuits magntiques du rotor et du stator sont constitus d'un empilage de fines tles mtalliques pour viter la circulation de courants de Foucault.

2 ) Principe de fonctionnement

Le principe des moteurs courants alternatifs rside dans lutilisation dun champ magntique tournant produit par des tensions alternatives

La circulation d'un courant dans une bobine cre un champ magntique B. Ce champ est dans l'axe de la bobine, sa direction et son intensit sont fonction du courant I. C'est une grandeur vectorielle.

Si le courant est alternatif, le champ magntique varie en sens et en direction la mme frquence que le courant.

Si deux bobines sont places proximit l'une de l'autre, le champ magntique rsultant est la somme vectorielle des deux autres. Dans le cas du moteur triphas, les trois bobines sont disposes dans le stator 120 les unes des autres, trois champs magntiques sont ainsi crs

Compte-tenu de la nature du courant sur le rseau triphas, les trois champs sont dphass (chacun son tour passe par un maximum). Le champ magntique rsultant tourne la mme frquence que le courant soit 50 tr/s = 50Tr/s = 3000 tr/mn.

Les 3 enroulements statoriques crent donc un champ magntique tournant, sa frquence de rotation est nomme frquence de synchronisme. Si on place une boussole au centre, elle va tourner cette vitesse de synchronisme.

Le rotor est constitu de barres d'aluminium noyes dans un circuit magntique. Ces barres sont relies leur extrmit par deux anneaux conducteurs et constituent une "cage d'cureuil". Cette cage est en fait un bobinage grosse section et trs faible rsistance.

Cette cage est balaye par le champ magntique tournant. Les conducteurs sont alors traverss par des courants de Foucault induits. Des courants circulent dans les anneaux forms par la cage, les forces de Laplace qui en rsultent exercent un couple sur le rotor. D'aprs la loi de Lenz les courants induits s'opposent par leurs effets la cause qui leur a donn naissance. Le rotor tourne alors dans le mme sens que le champ mais avec une vitesse lgrement infrieure la vitesse de synchronisme de ce dernier.

Le rotor ne peut pas tourner la mme vitesse que le champ magntique, sinon la cage ne serait plus balaye par le champ tournant et il y aurait disparition des courants induits et donc des forces de Laplace et du couple moteur. Les deux frquences de rotation ne peuvent donc pas tre synchrones d'o le nom de moteur asynchrone.

Prenons l'exemple d'un moteur dont la frquence de rotation nominale releve sur la place signaltique est de 2840 tr/mn, ce moteur tant aliment en courant de 50Hz, la frquence de rotation du champ magntique est donc de 50 tr/s soit 3000 Tr/mn. Le rotor est donc balay par un champ magntique qui tourne un frquence de rotation relative de 3000-2840=160 tr/mn.

3 ) Le bobinage

Les bobines sont loges dans les encoches du stator. S'il y a une paire de ples magntique pour chacune des trois phases, la frquence de synchronisme est alors de 3000 tr/mn. si on augmente le nombre de paires de ples, il est possible d'obtenir des moteurs avec des frquences de rotation diffrentes.

1 paire de ples => 3000 tr/mn2 paires de ples => 1500 tr/m

Le branchement des bobines sur le rseau se fait au niveau de la plaque borne situe sur le dessus du moteur. On dispose ainsi de 6 connexions, une pour chacune des extrmits des trois bobines. Les bornes sont relies aux bobines selon le schma ci-contre.

4 ) Branchement toile ou triangle

Il y a deux possibilits de branchement du moteur au rseau lectrique triphas. Le montage en toile et le montage en triangle. Avec un branchement en toile, la tension aux bornes de chacune des bobines est d'environ 230V. Dans le montage en triangle, chacune des bobines est alimente avec la tension nominale du rseau (400V). On utilise le montage toile si un moteur de 230V doit tre reli sur un rseau 400V ou pour dmarrer un moteur puissance rduite dans le cas d'une charge avec une forte inertie mcanique.

5 ) Plaques signaltiques

Type :(LS90Lz) rfrence propre au constructeur Puissance :(1,5Kw) puissance utile dlivre sur larbre du moteur. Facteur de puissance ou cos phi:(0,78) permet le calcul de la puissance ractive

consomme . rendement( 76%) : permet de connatre la puissance lectrique consomme ou

absorbe Tensions : (230v/400v) la premire indique la valeur nominale de la tension aux bornes

dun enroulement. Elle dtermine le couplage (toile ou triangle) effectuer en fonction de la tension du rseau dalimentation.

Intensits :(6,65A/3,84A) Elles reprsentes lintensit en ligne (dans chaque phase) pour chacun des couplages .

vitesse :(1440 Tr/min) Indique la vitesse nominale du rotor. On dit aussi vitesse relle. On connait alors La vitesse de synchronisme ns du moteur (ici 1500 tr/min)

classe disolement :(non indique) . Temprature ambiante :(40C)utilisation recommande maximum Frquence :(50Hz) frquence du rseau dalimentation. Nombre de phases :(Ph 3) moteur triphas service :(S1) utilisation en marche continue, intermittente... Indice de protection IP :(non indique) dfini par trois chiffres le degr de protection du

moteur la poussire, leau et aux chocs mcaniques.

6 ) Puissance et rendement

Bilan des puissances

7 ) Caractristique du moteur asynchrone

Le couple (N.m) varie avec la frquence de rotation (tr/min) du moteur accoupl la charge entrane ( suppose fixe ) . Les caractristiques du moteur et de la charge se croisent au point de fonctionnement pour lequel les couples moteur et rsistant sont identiques.D'une manire gnrale, le point de fonctionnement en moteur doit tre choisi pour N

Sectionneur Contacteur Relais thermique

NB : Pour modifier le sens de rotation d'un moteur asynchrone triphas, il suffit de permuter deux des trois phases.9 ) La variation de vitesse

Malgr sa conception ancienne, le moteur asynchrone reste toujours d'actualit car l'lectronique permet maintenant de faire varier sa frquence de rotation. Pour faire varier celle-ci, il faut modifier la frquence de rotation du champ magntique et donc la frquence du courant d'alimentation. Les variateurs de vitesse sont des variateurs de frquence.

Ils permettent

Une gamme de vitesses de 5% 200% de la vitesse nominale

Une conservation du couple sur toute la gamme de vitesses Des rampes d'acclration et de dclration Deux sens de rotation

La consigne de vitesse est en gnral fournie sous forme d'une tension de 0 10V par exempleUne protection du moteur est intgre au variateur.

Le courant lectrique issu du rseau est dans un premier temps converti en courant continu, il est ensuite reconverti en courant alternatif par un onduleur mais avec une frquence diffrente. Il est ainsi possible de convertir du monophas en triphas si c'est ncessaire.

L'onduleur travaille en hacheur, il va moduler le courant par largeur d'impulsions (PWM), le courant rsultant est proche d'une sinusodale.

Schma interne d'un variateur

10 ) Chane d'nergie avec variateur et moteur asynchrone

L'automate programmable industriel (API) de la chane d'information envoie une consigne analogique sous forme d'une tension continue au variateur. Le variateur alimente le moteur avec une frquence de courant proportionnelle cette consigne. L'automate doit tre quip d'un module de conversion numrique/analogique.

11 ) rversibilit du moteur asynchrone

La machine asynchrone peut fonctionner dans les quatre quadrants.

Suivant le variateur utilis, les modes de fonctionnement possibles sont:

Unidirectionnel: le passage de l'nergie ne peut se faire que dans le sens rseau vers le moteur ( quadrants 2 et 4 seuls).

Bidirectionnel: l'nergie peut circuler dans les deux sens. La machine synchrone peut fonctionner en moteur ( quadrants 2 et 4) ou en alternateur (quadrants 1 et 3). On utilise ici la rversibilit de la machine asynchrone soit pour rinjecter l'nergie dans le rseau, soit pour obtenir un couple de freinage.

Auteur : alain.charbonnel@ac-caen.fr Mis jour le 27 11 2010