Moteur Asynchrone Les moteurs électriques De moins d'un kW, à plusieurs dizaines de MW, les...
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Moteur Asynchrone Les moteurs électriques De moins d'un kW, à plusieurs dizaines de MW, les Moteurs ASynchrones (MAS) équipent la majorité des machines-outils,
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Moteur Asynchrone
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Les moteurs lectriques De moins d'un kW, plusieurs dizaines de
MW, les Moteurs ASynchrones (MAS) quipent la majorit des
machines-outils, monte-charges, tapis-roulants, compresseurs.. Le
moteur asynchrone est utilis quand on dispose d'une source
d'alimentation alternative (rseau SONELGAZ triphas ou
monophas).
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Le moteur asynchrone triphas est largement utilis dans
lindustrie, sa simplicit de construction en fait un matriel trs
fiable et qui demande peu dentretien. Il est constitu dune partie
fixe, le stator qui comporte le bobinage, et dune partie rotative,
le rotor qui est bobin en cage dcureuil. Les circuits magntiques du
rotor et du stator sont constitus dun empilage de fines tles
mtalliques pour viter la circulation de courants de Foucault.
Caractristiques
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Gnralits sur les moteur Asynchrone
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Symbole M3M3 M3M3 M.A. cage dcureuil M.A. rotor bobin
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Moteur asynchrone triphas 1 : rotor :circuit magntique tournant
2 : stator : circuit magntique fixe + 3 enroulements 3 : plaque
bornes pour lalimentation et le couplage.. constitution
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STATOR Il produit un champ magntique tournant la frquence de
rotation: ns en tr/s, ns=f / p f en Hz, p nombre de paires de ples.
Les enroulements du stator sont prvus pour tre coupls, soit en
toile, soit en triangle. Le couplage des enroulements dpendra de la
tension nominale par phase prvue pour le moteur et du rseau dont on
dispose. Exemple: pour une tension nominale de 220 V supportable
par un enroulement, il faut sur un rseau 220V/380 V faire un
couplage toile, et sur un rseau132V /230V faire un couplage
triangle.
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constitution Deux types de rotors : rotor en cage dcureuil o
des bornes mtalliques parallles sont relies par deux couronnes de
faible rsistance. rotor bobin o les conducteurs sont logs dans des
encoches formant des enroulements triphass ayant le mme nombre de
paires de ples que le stator. ROTOR
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constitution Rotor en cage d'cureuil Il porte un systme de
barres conductrices trs souvent En aluminium, loges dans un
empilement de tles. Les Extrmits de ces barres sont runies par des
couronnes galement conductrices. On dit que le rotor est en
court-circuit. L'ensemble n'est parcouru que par les Courants de
Foucault induits par la rotation du champ statorique. ROTOR
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Principe de fonctionnement
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Phase 1 : L1 : v1 = Vmax sin t Vmax = amplitude =2 f Le triphas
Le rseau triphas, est constitu de trois phases, d'un neutre et
d'une terre, le tout cadenc une frquence de 50Hz. Phase 2 : L2 : v2
= Vmax sin ( t - 2 /3) Phase 3 : L3 : v3 = Vmax sin ( t - 4 /3) On
note V pour une tension simple On note U pour une tension
compose
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Le neutre Dans tout systme de distribution triphas (quatre
fils),il existe un neutre lectrique. Sa reprsentation gomtrique est
le centre de gravit du triangle quilatral reprsentatif des trois
phases. La tension entre une des phases et le neutre est appele
tension simple (220V) alors que la tension entre 2 phases est
appele tension compose (380V). La phase Les phases sont les
conducteurs chargs de vhiculer l'nergie vers le rcepteur. Dans un
rcepteur triphas quilibr, le courant circulant dans le neutre est
nul, il n'existe que dans les phases. La tension de chaque phase
est dcale de 120 degrs les unes par rapport aux autres. Phase 1 :
v1 = Vmax sin t Phase 2 : v2 = Vmax sin( t - 2 /3) Phase 3 : v3 =
Vmax sin( t - 4 /3) Rseau sonelgas 220/380 220V pour les tensions
simples (monophas) 380V pour les tensions composes (triphas)
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Le principe des moteurs courant alternatifs rside dans
lutilisation dun champ magntique tournant produit par des tensions
alternatives. Si le courant est alternatif, le champ magntique
varie en sens et en direction la mme frquence que le courant. La
circulation dun courant dans une bobine cre un champ magntique B.
ce champ est dans laxe de la bobine, sa direction et son intensit
sont fonction du courant I. cest une grandeur vectorielle.
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Champ tournant Un ensemble de trois bobines identiques,
disposes aux trois sommets d'un triangle quilatral, et parcourues
par des courants triphass, produisent au centre gomtrique un champ
tournant une vitesse gale la pulsation des courants.
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Positif Ngatif
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Positif Ngatif
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Positif Ngatif
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Positif Ngatif Etc.
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Principe du moteur asynchrone triphas 3 bobines forment une
paire de ples Une masse mtallique (le rotor) est place au centre
des 3 bobines. Le rotor subit linfluence du champ tournant. Loi de
Lenz : Le sens du courant induit est tel que, par ses effets, il
soppose la cause qui lui donne naissance Le champ tournant induit
dans le mtal du rotor un courant lectrique de trs forte intensit.
Le courant lectrique induit un champ magntique oppos au champ
tournant. Le rotor devenu magntique va suivre le champ tournant Le
rotor va tourner sensiblement la mme vitesse que le champ
tournant
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Mais. Comment le rotor peut tourner ??? Rotor cage dcureuil
Barres de cuivre ou daluminium Axes de rotation Liaison lectrique
des barres Coule daluminium Circuit magntique, empilage de feuilles
dacier doux
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Principe du moteur asynchrone triphas 3 bobines forment une
paire de ples. Une masse mtallique (le rotor) est place au centre
des 3 bobines. Le rotor subit linfluence du champ tournant. Loi de
Lenz : Le sens du courant induit est tel que, par ses effets, il
soppose la cause qui lui donne naissance. Le champ tournant induit
dans le mtal du rotor un courant lectrique de trs forte intensit.
Le courant lectrique induit un champ magntique oppos au champ
tournant. Le rotor devenu magntique va suivre le champ tournant. Le
rotor va tourner sensiblement la mme vitesse que le champ
tournant.
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Si le moteur tourne en synchronisme avec le champ tournant, la
vitesse relative entre le rotor et le champ tournant est NULLE.
Linduction ne peut donc pas exister ! Le rotor tourne TOUJOURS
moins vite que le champ tournant. De cette faon il est toujours
balay par le champ tournant et se transforme en une pice magntique.
Ce qui donne le nom de moteur asynchrone Cette diffrence de vitesse
sappelle le glissement quations Vitesse de synchronisme (le champ
tournant) Glissement en % N, Ns = vitesse en tr.mn -1 P = Nombre de
paire de ples F = frquence dalimentation en Hz Le glissement est de
lordre de 5%
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Une paire de ples2 paires de ples4 paires de ples Si la
frquence dalimentation est de 50Hz Ns = 3000 tr.mn -1 Ns = 750
tr.mn -1 Ns = 1500 tr.mn -1 P = Nombre de paire de ples
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Exercices : Un moteur de 2 ples est aliment en courant
alternatif 50Hz Sa vitesse de synchronisme sera de : 2 ples = 1
paire de ples donc Ns = 3000tr.mn -1 Ce mme moteur aliment en 60Hz
Ns = 3600tr.mn -1 Un moteur de 4 paires de ples est aliment en
courant alternatif 50Hz puis en 60Hz Sa vitesse de synchronisme
sera de : Avec un glissement de 5% sa vitesse relle sera de : Ns =
750tr.mn -1 et Ns = 900tr.mn -1 N = 712tr.mn -1 et N = 855tr.mn -1
Un moteur de 1 paire de ples est aliment en courant alternatif 50Hz
Sa vitesse relle est de 2910 tr.mn -1 : Quel est son glissement ?
Glissement = 3%
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Plaque signaltique
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Puissance utile dlivre sur larbre moteur Vitesse nominale
(relle) du rotor Rendement Couplage effectuer en fonction du rseau
Intensit (dans chaque phase) correspondante Puissance ractive
(absorbe) Pa=U.I V3 Cos
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exploitation : Puissance :(1,5Kw) puissance utile dlivre sur
larbre du moteur. facteur de puissance :(0,78) permet le calcul de
la puissance ractive consomme par le moteur (. Tensions :
(230v/400v) la premire indique la valeur nominale de la tension aux
bornes dun enroulement. Elle justifie le couplage (toile ou
triangle) effectuer en fonction du rseau dalimentation. Intensits
:(6,65A/3,84A) Elles reprsentes lintensit en ligne (dans chaque
phase) pour chacun des couplages. rendement(rdt%76) : permet de
connatre la puissance lectrique consomme (on dit absorbe) vitesse
:(1440 Tr/mn) Indique la vitesse nominale du rotor. On dit aussi
vitesse relle. On connait alors La vitesse de synchronisme ns du
moteur (ici 1500 T/mn)
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Plaque signaltique
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MOTEUR ASYNCHRONE en anglais : INDUCTION MOTOR Type : RYCN 450
L/2 rfrence constructeur. N 06A584 001 : N de srie 2007 : anne de
fabrication M 5000 kg : poids 480KW puissance mcanique utile sur
larbre du moteur (MW). cos 0,92 : facteur de puissance : permet le
calcul de la puissance ractive consomme par le moteur. 2979 tr/min
: Vitesse en tr.mn -1. Indique la vitesse nominale du rotor. On
connait alors la vitesse de synchronisme ns du moteur ici 3000
tr.mn -1. IC CACA International Cooling : mthode et type de fluide
pour le refroidissement. IM 1001 : Classification des formes de
construction et des dispositions de montage. IP55 : Indice de
protection, indique la rsistance du moteur la poussire et leau. IEC
60034-1 : Norme : caractristiques assignes et caractristiques de
fonctionnement.
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Temp. 40C : temprature ambiante maximum sur le site
d'exploitation. S1: Rgime de fonctionnement, S1 fonctionnement
24h/24 50HZ : Frquence du rseau dalimentation. Pour le Stator : 11
000V Tension nominale d'alimentation 28.3A : Intensit nominale. Y
couplage en toile. ( pour un couplage en triangle) 3~ : Moteur
triphas. CI F : Classe d'isolation (chauffement maximal admissible
105) T 80K : Echauffement maximal admissible 80 S'ajoute des
informations sur le graissage.
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BRANCHEMENT
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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 au bornes de chacune des
bobines est denviron 220V. Dans le montage en triangle, chacune des
bobines est alimente avec la tension nominale du rseau (380V). On
utilise le montage toile si un moteur de 220V doit tre reli sur un
rseau 380V ou pour dmarrer un moteur puissance rduite dans le cas
dune charge avec une forte inertie mcanique. Branchement toile ou
triangle
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Il y a deux possibilits de branchement du moteur au rseau
lectrique triphas. Le montage en toile (D) et le montage en
triangle (Y). 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.
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400V Rseau Franais 230V/400V Ce moteur doit tre branch
obligatoirement en toile en France car la tension bobine est de
230V
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220V Rseau Anglais 110V/220V Ce moteur doit tre branch en
triangle en Angleterre car la tension bobine est de 220V Sil est
branch en toile il sera sous aliment
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Lecture de la plaque signaltique d un moteur asynchrone triphas
LS 200L KW 15 Kg 175 50 Hz Cl. F T = 80 K IP 555 725 tr/min V 230 /
400A 30.5 / 17.6 cos 0.8 Rend. 88% LEROY SOMER
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LS 200L KW 15 Kg 175 50 Hz Cl. F T = 80 K IP 555 725 tr/min V
230 / 400A 30.5 / 17.6 cos 0.8 Rend. 88% LEROY SOMER Marque du
constructeurRfrence du constructeur
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LS 200L KW 15 Kg 175 50 Hz Cl. F T = 80 K IP 555 725 tr/min V
230 / 400A 30.5 / 17.6 cos 0.8 Rend. 88% LEROY SOMER Masse du
moteur asynchrone Classe de temprature : chauffement possible
Indice de protection : contre les corps solides contre les corps
liquides contre les chocs mcaniques ces points seront dvelopps dans
le cours de Technologie
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LS 200L KW 15 Kg 175 50 Hz Cl. F T = 80 K IP 555 725 tr/min V
230 / 400A 30.5 / 17.6 cos 0.8 Rend. 88% LEROY SOMER Puissance
mcanique que le moteur dlivre au point de fonctionnement nominal.
Cette valeur nominale sert de point de dpart pour les ingnieurs qui
doivent concevoir ce moteur Dans les conditions nominales, l axe du
moteur asynchrone tournera la frquence de rotation de 725 tr/min (
frquence de rotation dite nominale ).
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LS 200L KW 15 Kg 175 50 Hz Cl. F T = 80 K IP 555 725 tr/min V
230 / 400A 30.5 / 17.6 cos 0.8 Rend. 88% LEROY SOMER Attention, va
falloir tre prcis !!!
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LS 200L KW 15 Kg 175 50 Hz Cl. F T = 80 K IP 555 725 tr/min V
230 / 400A 30.5 / 17.6 cos 0.8 Rend. 88% LEROY SOMER Dans les
conditions nominales, le moteur doit tre aliment par un rseau
triphas - de frquence 50 Hz de tension efficace compose U = 230 V
de tension efficace compose U = 400 V OU BIE N U = 230 V U = 400 V
1 2 3 N 1 2 3 N
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LS 200L KW 15 Kg 175 50 Hz Cl. F T = 80 K IP 555 725 tr/min V
230 / 400A 30.5 / 17.6 cos 0.8 Rend. 88% LEROY SOMER Je peux faire
ce que je veux ? Cela m tonnerait fort !!! Peut-tre quil faut faire
attention au couplage ( toile ? triangle ? )
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LS 200L KW 15 Kg 175 50 Hz Cl. F T = 80 K IP 555 725 tr/min V
230 / 400A 30.5 / 17.6 cos 0.8 Rend. 88% LEROY SOMER 1 2 3 N U =
230 V Pour un rseau 230V, je dois coupler le moteur en... 30.5 A
pour le fonctionnement nominal La valeur efficace d un courant de
ligne vaut alors... Pour un rseau 400V, je dois coupler le moteur
en... TRIANGLEETOILE 1 2 3 N U = 400 V La valeur efficace d un
courant de ligne vaut alors... 17.6 A pour le fonctionnement
nominal I = 30.5 A I = 17.6 A
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LS 200L KW 15 Kg 175 50 Hz Cl. F T = 80 K IP 555 725 tr/min V
230 / 400A 30.5 / 17.6 cos 0.8 Rend. 88% LEROY SOMER Rseau 230V:
couplage TRIANGLE Rseau 400V: couplage ETOILE J ai raison ! Moi
aussi !
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1 2 3 N U = 230 V TRIANGLEETOILE 1 2 3 N U = 400 V I = 30.5 A I
= 17.6 A Pour un rseau 230V, Chaque enroulement supporte une
tension compose de valeur efficace 230 V... et est travers par un
courant d intensit efficace J = I / 3 = 30.5/ 3 = 17.6 A Pour un
rseau 400V, Chaque enroulement supporte une tension simple de
valeur efficace U = V / 3 = 230 V... et est travers par un courant
de ligne d intensit efficace I = 17.6 A. Les enroulements et donc
le moteur fonctionnent dans les mmes conditions !
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LS 200L KW 15 Kg 175 50 Hz Cl. F T = 80 K IP 555 725 tr/min V
230 / 400A 30.5 / 17.6 cos 0.8 Rend. 88% LEROY SOMER QUE RETENIR
??? Valeur efficace d une tension COMPOSEE Valeur efficace d un
courant de LIGNE Pour se rappeler : la plus petite valeur de
tension doit tre la valeur efficace de la tension que supporte un
enroulement
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LS 200L KW 15 Kg 175 50 Hz Cl. F T = 80 K IP 555 725 tr/min V
230 / 400A 30.5 / 17.6 cos 0.8 Rend. 88% LEROY SOMER Pour finir...
Facteur de puissance nominal est le dphasage de la tension aux
bornes d un enroulement par rapport au courant traversant ce mme
enroulement Rendement nominal puissance mcanique utile puissance
active reue par le moteur
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Bilan des puissances
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2. Bilan des puissances 2.1 Puissance reue ou absorbe (
consomme ) P = UI cos cos : facteur de puissance du moteur. P ( en
W ) ; U ( en V ) ; I ( en A ). A vide, cos est faible et Pv = Pfs +
Pmc + Pjs Pjs vide peuvent tre ngliges 2.2 Pertes au stator Pour un
moteur en charge : Pjs et Pfs : ce sont les pertes par effet Joule
et les pertes fer ( magntiques ) au stator. Les pertes fer dpendent
de la valeur efficace de la tension aux bornes des enroulements et
de la frquence du rseau. r : rsistance dun enroulement entre le
neutre et la En toile : Pjs = 3rI 2 = RI 2 phase; R : rsistance
entre deux bornes de phase du stator. En triangle : Pjs = 3rJ 2 =
RI 2 J : courant par phase ; I : courant en ligne.
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2.3 Puissance transmise au rotor Puissance transmise au rotor :
Ptr ( en W ) T : Couple lectromagntique ( en N.m ) s : Vitesse de
synchronisme ( rad/s ) 2.4 Puissance transmise larbre du rotor et
pertes au rotor. Pr : puissance transmise larbre du rotor. Pr = T
Le rotor tourne la vitesse , vitesse du moteur asynchrone et
dveloppe le couple lectromagntique T. Les pertes lectriques au
niveau du rotor sont les pertes par effet Joule : Pjr. Les pertes
fer rotor Pfr sont ngligeables. Pjr = g Ptr Ptr = P - Pfs - Pjs = T
s
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2.5 Puissance utile et pertes mcaniques Pu : puissance utile ;
Tu : couple utile. Les pertes mcaniques sont dues aux frottements
et sont fonction de la vitesse. 2.6 Rendement dun moteur asynchrone
Pjs = 3/2 RI 2 Pjr = g Ptr Rseau Entrefer Arbre P = 3UIcos Stator
Ptr = Ts Rotor Pr = ( 1-g)Ptr Pu = Tu Pfs Pmc Si on nglige (Pfs et
Pjs ) : Ptr = P Pr = Ptr - Pjr = (1 g ) Ptr = ( 1 g ) P Si on
nglige Pmc : Pr = Pu Pu = Pr = ( 1 g)P max = = 1 - g Pu = Tu Pmc =
Pr - Pu = ( T - Tu )
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3. Caractristiques mcaniques. Point de fonctionnement 3.1
Caractristique mcanique Tu = f( ) Tu ( en N.m ) Tu max Tud Tun 0 n
s ( en rad/s ) g = 1 g = 0 Pour = s, g = ? Tu = 0 N.m :
fonctionnement vide Pjr = g Ptr = ? Pour = 0, g = ? Le moment du
couple utile : Tu = Tud qui nest pas nul. Le moteur prsente larrt (
= 0 ) un couple important.
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Liaison avec le rseau Le moteur est reli au rseau par un
certain nombre de dispositifs de scurit et de commande. SECTIONNEUR
CONTACTEUR RELAIS THERMIQUE
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SECTIONNEUR - PORTE FUSIBLES permet d'isoler un circuit pour
effectuer des oprations de maintenance, de dpannage ou de
modification sur les circuits lectriques CONTACTEUR appareil de
commande capable d'tablir ou d'interrompre le passage de l'nergie
lectrique (command distance par lalimentation de la bobine KM1)
RELAIS THERMIQUE appareil de protection capable de protger contre
les surcharges (lvation anormale du courant consomm par le ou les
rcepteurs :1 3 In).
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Liaison avec le rseau EDF Lalimentation de la bobine KM1 du
contacteur est assure par le circuit de commande
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Disjoncteur
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Sectionneur porte fusible Les contacts principaux permettent
d'assurer le sectionnement de l'installation, c'est une fonction de
scurit obligatoire. Les contacts auxiliaires permettent de couper
le circuit de commande des contacteurs avant l'ouverture des ples
du sectionneur ce qui vite la coupure en charge. De mme la mise
sous tension, le circuit de commande n'est ferm qu'aprs la
fermeture des ples du sectionneur. La poigne de commande peut-tre
verrouille en position ouverte par un cadenas (scurit oprateur pour
la maintenance). Ne possde pas de pouvoir de coupure
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Contacteur de puissance Le contacteur est command distance au
moyen dune bobine, Le contacteur est un appareil mcanique de
connexion ayant une seule position repos, command autrement qu' la
main, capable d'tablir, de supporter et d'interrompre des courants
dans les conditions normales du circuit, y compris les conditions
de surcharge en service. Un contacteur dont les contacts principaux
sont ferms dans la position de repos est appel rupteur. possde un
fort pouvoir de coupure (symbolis par lexcroissance )
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Relais thermique
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Fusibles
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Commande dun moteur asynchrone
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Variateur de vitesse Pour permettre une utilisation plus
universelle le variateur va permettre de fournir une tension
triphase de frquence comprise entre 0.5 et 400HZ. Il permet : Le
moteur asynchrone a sa vitesse dfinie par : Le nombre de paires de
ples (dfini la fabrication) La frquence dalimentation 50Hz en
France Davoir des vitesses variables. Raliser des dmarrages arrts
inversions du sens de rotation progressifs. De rgler des rampes
dacclrations ou ralentissements. De moduler le courant pour moduler
le couple. De faire varier la tension pour ladapter la frquence (
tension faible en basse frquence, et plus haute en haute frquence
u/f=constant).
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Courbes idalises
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Redresseur triphas Filtrage onduleur Stator du moteur Variateur
de vitesse principe Le moteur est conu pour fonctionner 50Hz. Le
variateur permet de synthtiser une frquence dalimentation de 0.5Hz
400Hz. En basse vitesse se pose le problme du refroidissement du
moteur. En haute frquence, leffet inductif est plus important, le
courant est plus faible, le couple est nettement infrieur au couple
nominal.
