8/19/2019 Cours Moteurs Elec
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Les moteurs électriquesIsabelle Chênerie, Patrick Ferré
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Ces diaposities constituent le support de cours.
!lles seront co"plétées par des dé"onstrations et e#plications en a"phi.
$a présence en cours est donc forte"ent conseillée.
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%
Chapitre 1
Présentation des "oteursélectri&ues
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'
Fonction d’un moteur
"oteur puissance électri&ue puissance "écani&ue
fournie par
l(ali"entation
électri&ue
)puissance absorbée*
disponible
sur l(arbre
du "oteur
)puissance utile*
Pertes + puissance absorbée puissance utile
ni"ation
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Bl id F d ×=
Force de Laplace
F d F d B B
courant courantcourant
B
0=Φ δ
r/gle des % doigts de la "ain droite 0 courant cha"p - force
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Principe de fonctionnement
courant B B
F d F d courant
0=Φ δ
0=Φ δ
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Eléments de base d’un
moteur
$e stator )ou inducteur* 0
partie fi#e,
produit le cha"p"agnéti&ue
$e rotor )ou induit* 0partie "obile,
en rotation
!#e"ple
rotor
stator
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3
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Les différents types de
moteurs
5 6oteur 7 courant continu aantage 0 réglage de itesse facile
8i l(e#citation est série
il peut fonctionner en
alternatif + "oteur uniersel
Collecteur 9 balais
ali"entent l(induit
+ point faible)usure*
:tilisation décroissante
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1;
6oteur as
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6oteur pas 7 pas
+ petit "oteur de précision
Les différents types de
moteur
8
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Exemples d’utilisation
6oteur 7 courant continu)batteries, piles*
Petits outils,appareils électroportatifssans fil
6oteur uniersel
)secteur*
Petit et "o
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Chapitre 2
6oteurs 7 courant continu
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1'
1 . Généralités
6
I
: !(
I
:
?
Schéma fonctionnel Schéma électrique équivalent en continu
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1-a : modes d’alimentation
!#citation séparée
- inducteur + circuitindépendant )donc
2 ali"entations*- ali"entation continue
pour l(induit
!#citation série
- induit et inducteurdans le "ê"e circuit- une ali"entation uni&ue
en continu
UE’
IRrotor
U
Rstator
E’
IRrotor
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1-b : équations électriques
$oi d(h"
Fce" induite
RI E V U += ∋)(
ΦΩ= ')(' E K V E
e#citation séparée 0 ? + ?rotor e#citation série 0 ? + ?rotor 9 ?stator
Φflu# 7 traers les spires de l(induit )Ab*
Ω itesse de rotation )radBs*
constante
)conention récepteur*
Ditesse de rotation Ω + !( B !( Φ + ):-?I* B!( Φ
Ω(radBs* + E)trB"n*.2πB; + n)trBs*.2π
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1
1-c : bilan de puissance
utile pertesabsorbée P P UI P +==
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!eprésentation sc"ématique du bilan de puissance
Pertes fer 9 Pertes "éca + Pertes collecties + constante
pour tout point de fonctionne"ent
PG
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1-d : relation puissance - couple
P + C . Ω
Puissance + couple . itesse
Aatts + )E."* . )?adBs*
tout ter"e de puissance on peut donc associer un couple
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2;
1-e : couples
?elation de définition
Couple "oteur Putile + C"ot . Ω )1*
Couple de pertes
collecties
Pfer 9 P"éca + Cpertes . Ω )2*
Couple
électro"agnéti&ue Ce"ag + Cpertes 9 C"ot
)1*0 la puissance se répartit entre couple "oteur et itesse
)2* 0 pertes constantes, "esurées par un essai 7 ide
)%* 0 #ema$ % '
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1-f : rendement
5 >éfinition générale
6oteur 7 e#citation série
6oteur 7 e#citation séparée 0
- inducteur 7 ai"ant per"anent pas de pertes dans le circuit inducteur
- inducteur bobine
pertes dans le circuit inducteur
absorbée
utile
P
P
=η
UI
C mot Ω⋅
=η
inducteur J
mot
P UI
C
+
Ω⋅=η
UI
C mot
Ω⋅=η
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22
. (oteur ) courant continu
excitation série
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2%
-a équations du moteur
5 ension d(ali"entationaec
5 Fce" induiteaec )"achine non saturée*
Ditesse
5 Couple électro"agnéti&ue
RI E U += ∋
ΦΩ= '' E K E
Φ−=Ω
' E K RI U
I K C C emag Φ=
I I I rotor stator ==
-l i " e n t a t i o n s é r i e
I α =Φ
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2'
-b fonctionnement moteur * c"ar$e
) +itesse constante
C r é sis tan t
= C mot
pertesC t résis C I K C −Φ=ταν
régi"e établi ou per"anent
"oteur charge
, la charge i"pose le courant
, +ide, et si l(on néglige les pertes,
∞=Ω⇒=⇒= 00tan I C t résis
emballement du moteur
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2
-c pour ré$ler la +itesse :
Φ−=Ω
' E K RI U
ec une ali"entation ariable
il est possible de régler la itesse.
?e"ar&ue 0 si la "achine est peu chargée,
I et Φ sont faibles,
et Ω deient tr/s i"portant
un moteur série ne doit pas fonctionner ) +ide
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2
-d p"ases du mou+ement de la c"ar$e
t
vitesse
accélération
coupled’accélération
régime établi
définit le pointde
fonctionne"ent
décélération
couple deralentissement
accrésmot C C C += résmot C C = ral résmot C C C −=
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2
-e représentation couple +itesse
caractéristique mécanique/
I K C C C C mot pertesemag Φ=+=
RI K RI E U E +ΦΩ=+= ∋∋
I α =Φ
pertes
E
C mot C R K
U
K C −???
?
???
?
+Ω⋅=
2
∋α α
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Ω
8i les pertes sont négligées 0
? + ; et Cpertes + ;
C"ot arie en 1BΩ2
Couple "oteur éleé au dé"arrage,
!#e"ple fort couple 9 faible itesse )traction, la"inoirs*
!#e"ple faible couple 9 forte itesse )centrifugeuse*
mot C
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0 . (oteur ) courant continu
excitation séparée
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%;
0-a équations du moteur
5 ension d(ali"entationaec
5 Fce" induite
Φ est i"posé par l(inducteur seul
Ditesse
5 Couple électro"agnéti&ue
RI E U += ∋
ΦΩ= '' E K E
Φ
−
=Ω' E K
RI U
I K C C emag Φ=
rotor R R =
-l i " e n t a t i o n s é p a r é e
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%1
0-b démarra$e
RI E U += ∋
nulle au dé"arrage
Aquelques R
U
R
E U I 100
'
≈=
−
=
au démarra$e il y a surintensité
Pour li"iter la surintensité 0
5 aug"enter ?rotor par un rhéostat de dé"arrage
5 dé"arrer 7 tension : faible
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%2
0-c pour ré$ler la +itesse :
Φ
−=Ω
' E K
RI U
ec une ali"entation ariable
il est possible de régler la itesse
?e"ar&ue 0
en régi"e per"anent
t résis pertesmot pertesC emag C C C C I K C tan+=+=Φ=
)( tan t résisC f I =
)et de li"iter la surintensité au dé"arrage*
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%%
0-d représentation couple +itesse
caractéristique mécanique/
I K C C C C mot pertesemag Φ=+=
RI K RI E U E +ΦΩ=+= ∋∋
pertes E
C mot C R
K U K C −
ΦΩ−⋅Φ= ∋
mot C
Ω
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%'
Chapitre %
6oteur as
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%
1 - ,limentation trip"asée
>istribution 0 % phases 1,2,% ou ,H,C ou ?,8,
et un neutre E
ensions
si"plesensions
co"posées
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%
1-a : ensions simples
!&uations horaires 0
( )
⎟
⎠
⎞⎜
⎝
⎛+=
⎟⎠⎞⎜
⎝⎛ −=
=
3
2sin2)(
32sin2)(
sin2)(
3
2
1
!
!
!
t V t "
t V t "
t V t "
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%
Decteurs de Fresnel 0
riphasé é&uilibré direct 0
3
2133221 ///
321
π ϕ ϕ ϕ ===
===
ς ς ς ς ς ς
ς ς ς ς
0=Σ ις
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%3
Decteurs de Fresnel
pour un s
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%4
!&uations horaires 0
u12
=U 2 sin(ωt +π
6)
u23
=U 2 sin(ωt −π
2)
u31
=U 2 sin(ωt − 7π
6)
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';
U =V 3
1-c : !elation entre 2 et 3
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'1
1-d : !écepteur trip"asé équilibré
ii 0 courants de ligne
i 0 courants dans les charges ou de phase
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'2
1-d : !écepteur étoile
ii J I =
ensions et courants )récepteur étoile*
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'%
n pose ,
facteur de puissance
)(33
)(sin3sin3
)(cos3cos3
VAUI VI #
VAr UI VI $
% UI VI P
==
==
==
ϕ ϕ
ϕ ϕ
& i" ϕ ϕ ϕ ϕ =−=
ϕ cos
Puissance actie
Puissance réactie
Puissance apparente
Puissances )récepteur étoile*
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''
Pertes par effet Goule )récepteur étoile*
pour les % phases
P J
= 3
2 RI
2aec ? + 2r
1 !é t t i l
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'
1-e : !écepteur trian$le
8ché"as électri&ues
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'
3 J I =
Decteurs de Fresnel )récepteur triangle*
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'
UI JU #
UI JU $
UI JU P
33
sin3sin3
cos3cos3
==
==
==
ϕ ϕ
ϕ ϕ
Puissances )récepteur triangle*
n pose ,
facteur de puissance
& 'u ϕ ϕ ϕ ϕ =−=ϕ cos
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'3
Pertes par effet Goule )récepteur triangle*
pour les % phases
P J
= 3
2 RI
2
aec ? + 2rB%
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'4
?ésu"é 0
Couplage étoile Couplage triangle
?elation entre : et D
?elation entre I et G
>éphasage
Puissance actie
Pertes Goule
?ésistance é&uialente
Puissance réactie
Puissance apparente
Facteur de puissance
U = V 3
U = V 3
I = J 3
I = J
V I ,ϕ U J ,ϕ
ϕ
ϕ
cos3
cos3
UI P
VI P
=
=
ϕ
ϕ
cos3
cos3
UI P
UJ P
=
=
22
2
33 RI rI P ==
22
2
33 RI rJ P ==
R = 2r
R = 2
3r
Q = 3UI sinϕ
Q = 3UI sinϕ
S = 3UI
S = 3UI
cos
cos
1 f : rel4+ement du facteur de puissance
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;
Qc = −C ωU 2
QcTot = 3Qc = −3C ωU 2
récepteur triangle 0
Puissance actie Puissance réactie Facteur de puissance
Charge seule n a
$es troiscondensateurs seuls
Charge
9
condensateurs
n eut
P
P
0
Q = Ptgϕ
Q'= Q + Qc
= Ptgϕ'
Qc = −3C ωU 2
0
cos
cosϕ'> cosϕ
1-f : rel4+ement du facteur de puissance
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( )2
3
'
U
tg tg P C
!
ϕϕ −=
!toile 0( )
2
'
U
tg tg P C
!
ϕϕ −=
riangle 0
For"ules de calcul des condensateurs 0
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- (oteur async"rone trip"asé
- % enroule"ents
- p paires de pJles
ns = f
p
-a : principe de fonctionnement
b : sc"émas
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%
-b : sc"émas
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'
-c : P"énom4ne de $lissement
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s
s
n
nn g
−=Klisse"ent : $
- 7 ide 0
n = ns⇒ g = 0
- en charge
n
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-d : #aractéristique mécanique n/
Mone linéaire 0 n( ∝
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-d : #aractéristique mécanique $/
Mone linéaire 0 g ( ∝
f
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-e : point de fonctionnement
f bil d i
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Pa
= 3UI cosϕPuissance électri&ue absorbée 0
Pertes par effet Goule au rotor 0tr Jr gP P ≈
Puissance utile + puissance absorbée - pertes
-f : bilan des puissances
Pertes par effet Goule au stator 0 P Js
= 3
2 RI
2