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1 PRÉSENTATION
Le Moteur ASynchrone (MAS) est l'un des principaux actionneurs
électriques utilisés dans l'industrie.D'une puissance allant de
moins d'un kiloWatt, à plusieurs dizaines de MW, les MAS équipent
lamajorité des équipements suivants : machines-outils,
monte-charges, tapis-roulants, compresseurs deréfrigirateurs et
congélateurs, machines à laver...Le moteur asynchrone est utilisé
quand on dispose d'une source d'alimentation alternative (réseau
EDFtriphasé ou monophasé). Il est robuste et d'un entretien limité
(pas de contact glissants). Ce qui réduitl'usure et permet un
fonctionnement sûr (sans étincelle).
Exemple d'un moteur asynchrone triphasé :- Puissance utile : 7,6
kW- Poids : 67 kg- Longueur : 64 cm- Diamètre : 31 cm
2 IDENTIFICATION DE LA FONCTION TECHNIQUE RÉALISÉE
Les MAS réalisent la fonction CONVERTIR de la chaîne d'énergie
:
La puissance absorbée est de type électrique :
La puissance utilisable est de type mécanique (rotation)
caractérisée par :
3 SYMBOLE
4 RAPPELS SUR LE RÉSEAU TRIPHASÉ
Le réseau triphasé est constitué de 3 phases, d'un neutre et
d'une terre. La tension entre une des phaseset le neutre est
appelée tension simple (230V efficace) alors que la tension entre
deux phases estappelée tension composée (400V). Les 3 tensions
sinusoïdales de fréquence 50 Hz sont déphasées de 120° (2π/3) les
unes par rapport aux autres.
La relation entre valeur maximale Um (amplitude) La relation
entre la tension simple Usim et la valeur efficace Ueff est : et la
tension composée Ucomp est :
ALIMENTER DISTRIBUER CONVERTIR TRANSMETTRE
Chaîne d'énergie
ACTION
Chaîne d'information
ACQUERIR TRAITER COMMUNIQUER
Energied'entrée
Ordres
Puissanceélectrique
Puissancemécanique
Consignes
physiques àGrandeurs
acquérir
COURS : STRUCTURE ET FONCTIONNEMENT D'UN MOTEUR ASYNCHRONE ETC
3.2.1
ETC 3.2.1 TRANSFORMATEURS ET MODULATEURS D'ÉNERGIE ASSOCIÉS page
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M3
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5 FONCTIONNEMENT D'UN MOTEUR ASYNCHRONE
5.1 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
Trois bobines identiques sont disposés aux trois sommets d'un
triangle équilatéral (stator). Une massemétallique (le rotor) est
placée au centre des 3 bobines. Ces trois bobines forment une paire
de pôles.Lorsque les 3 bobines sont parcourues par des courants
altenatifs de fréquence f (50 Hz) décalésélectriquement, le stator
produit un champ magnétique tournant à la fréquence de synchronisme
Ns.Le rotor subit l’influence du champ tournant. Ce champ tournant
induit dans le métal du rotor uncourant électrique de très forte
intensité. Le courant électrique induit un champ magnétique opposé
auchamp tournant. Le rotor devenu magnétique va suivre le champ
tournant mais il va tourner à une fréquence légèrementinférieure à
la fréquence de synchronisme d'où le nom de moteur asynchrone.
Cette différence defréquence s'appelle le glissement.Le rotor ne
peut pas tourner à la même vitesse que le champ magnétique, sinon
la cage ne serait plusbalayée par le champ tournant et il y aurait
disparition des courants induits et donc des forces deLaplace et du
couple moteur.
L'inversion du sens de rotation du rotor s'obtient en inversant
le sens du champ tournant :
5.2 DÉFINITIONS / RELATIONS
5.2.1 FRÉQUENCE DE ROTATION, VITESSE ANGULAIRE
La fréquence de rotation N de l'arbre moteur est liée à la
vitesse angulaire ω :
Avec :- N : fréquence de rotation en tr/min- ω : vitesse
angulaire en rad/s
5.2.2 FRÉQUENCE DE SYNCHRONISIME Ns (ROTATION DU CHAMP
TOURNANT)
C'est la fréquence de rotation du champ tournant qui entraîne le
rotor :
Avec :Ns : fréquence de synchronisme en tr/minf : fréquence du
réseau d'alimentation en Hzp : nombre de paires de pôles par
phase
Donc, pour un moteur asynchrone la fréquence de rotation dépend
de :
5.2.3 GLISSEMENT g
Le glissement exprime la différence entre la fréquence de
synchronisme et la fréquence réelle du rotor
Avec :g : glissementNs : fréquence de synchronisme en tr/minN :
fréquence de rotation du rotor en tr/min
5.3 BILAN DES PUISSANCES / RENDEMENT
5.3.1 PUISSANCE UTILE Pu
C'est la puissance mécanique produite par le moteur pour
entraîner la charge :
Avec :Pu : puissance utile en WCu : couple utile en N.mω :
vitesse angulaire en rd/s
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5.3.2 PUISSANCE ABSBORBÉE PAR LE MOTEUR Pa
Avec :Pa : puissance absorbée en WU : tension entre phases en V
I : intensité par phase en Aϕ : déphasage entre courant et
tension
5.3.3 RENDEMENT η
5.4 COURBES CARACTÉRISTIQUES
5.4.1 COUPLE UTILE EN FONCTION DE LA FRÉQUENCE DE ROTATION
5.4.2 INTERPRÉTATION
6 MOTEURS ASYNCHRONES MONOPHASÉS
Ces moteurs sont utilisés dans des applications domestisques
(moteurs de machines à laver,ouvre-portail...).
6.1 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
Un enroulement alimenté par un courant sinusoïdal (système
monophasé) produit un champ magnétiqueéquivalent à deux champs
tournant en sens inverse :
Cette propriété est utilisée dans les moteurs asynchrones
monophasés. Cependant, si aucun dispositifsuplémentaire n'est mis
en oeuvre, le moteur asynchrone monophasé ne démarrera pas.
Ce moteur dispose d'un système de démarrage fournissant le
couple de démarrage et déterminant le sensde rotation. Il est
pourvu d'un enroulement auxiliaire mis en série avec un
condensateur. Cetenroulement est donc parcouru par un courant
déphasé par rapport à celui qui parcourt l'enroulementprincipal. il
suffit d'inverser l'enroulement auxiliaire pour que le moteur
tourne dans l'autre sens.
0
Couple(Nm)
N (tr/min)
Cm : couple maximal
Cd : couple de démarrage
Cn : couple nominal
Nn : fréquence de rotation nominale
Ns : fréquence de synchronisme
Ng : fréquence de rotation vitesse nominale en génératrice
Identification des points caractéristiques du fonctionnement
:
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7 APPLICATIONS
7.1 IDENTIFICATION DES CARACTÉRISTIQUES TECHNIQUES D'UN
MOTEURASYNCHRONE À PARTIR DE SA PLAQUE SIGNALÉTIQUE
7.2
7.2.1 IDENTIFICATION DES CARACTÉRISTIQUES PRINCIPALES
? Relever les informations portées sur la plaque signalétique
:
Puissance utile, Pu =
Fréquence de rotation, N =
rendement, η =
coéfficient de déphasage, cos ϕ =
7.2.2 CALCUL DU GLISSEMENT
Le moteur est équipé de 2 paires de pôles.
? Relever la fréquence de fonctionnement du réseau
d'alimentation f :
? Calculer la fréquence de synchronisme Ns :
? Calculer la valeur du glissement g :
7.2.3 CALCUL DE LA PUISSANCE D'ENTRÉE
? Calculer de deux façons différentes, la puissance Pa absorbée
par le moteur :
7.3 CALCUL DE FRÉQUENCE DE ROTATION D'UN MOTEUR
Un moteur asynchrone possédant deux pôles est alimenté en
courant alternatif 50 Hz
? Calculer la fréquence de synchronisme Ns :
? Calculer sa fréquence de rotation N si le glissement est de 5%
:
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8 COMMANDE DE DÉMARRAGE D'UN MOTEUR ASYNCHRONETRIPHASÉ
8.1 DESCRIPTION DES FONCTIONS
La commande de démarrage direct du moteur asynchrone nécessite
la présence des fonctions :- SECTIONNEMENT : en tête du circuit, il
est nécessaire de pouvoir ouvrir ou fermer les trois
contacts qui assurent la distribution du courant sur les trois
phases du circuit.- COMMUTATION : le courant doit être distribué
vers les trois phases du moteur à partir d'une
commande manuelle à distance (depuis le circuit de commande) .
En outre, on doit pouvoirassurer une distribution directe (ordre
des phases 1-2-3) ou inverse (ordre des phases 3-2-1)selon le sens
de rotation choisi.
- PROTECTION CONTRE LES SURCHARGES : le circuit d'alimentation
et le moteur doiventêtre protégés contre les surcharges pouvant
intervenir sur l'arbre moteur.
- PROTECTION CONTRE LES COURTS-CIRCUITS : le circuit
d'alimentation et le moteurdoivent être protégés contre les
éventuels courts-circuits pouvant survenir.
Ces éléments sont présents dans le circuit électrique de
puissance.
8.2 IDENTIFICATION ET SYMBOLISATION DES CONSTITUANTS DU
CIRCUITDE PUISSANCE
8.3 IDENTIFICATION ET SYMBOLISATION DES CONSTITUANTS DU
CIRCUITDE COMMANDE
8.4 DESCRIPTION DU FONCTIONNEMENT DU MONTAGE - ÉQUATIONS
DECOMMANDE DE MARCHE DU MOTEUR (KM1 ET KM2)
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Constituant Symbole Description
Protège les personnes contre les contatcs indirects.
Isole en toute sécurité le montage comme par exemple lors
d'unchangement du moteur. Il intègre des fusibles qui provoquent
lacoupure immédiate du circuit dans le cas d'un court-circuit.
Cetélément ne dispose pas de pouvoir de coupure en charge.
Commute et coupe des courants de forte valeur.
Détecte des surintensités de faible niveau qui peuvent, à long
terme,provoquer des déteriorations dans les équipements. Cependant
cetélément ne dispose d'aucun pouvoir de coupure.
Empêche la fermeture simultanée des pôles principaux
descontacteurs KM1 et KM2.
Constituant Symbole Description
Abaisse la tension utilisée pour que celle-ci soit conforme au
niveaude sécurité défini par la norme et réalise l'isolation
électrique entre lescircuits de puissance et de commande
Permet à l'utilisateur de pouvoir entrer les informations de
type"arrêt" ou "marche"
Ce contact est commandé par le relais thermique. Il
coupel'alimentation des bobines de contacteur lorsque le relais
thermique adétecté un défaut.
Les contacts auxiliaires permettent de couper le circuit de
commandedes contacteurs avant l'ouverture des pôles du sectionneur
ce quiévite la coupure en charge. De même à la mise sous tension,
le circuitde commande n'est fermé qu'après la fermeture des pôles
du
Permet la commande à distance des pôles principaux (contacteurs
depuissance) KM1 et KM2.
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9 CIRCUITS ÉLECTRIQUES DE PUISSANCE ET DE COMMANDE
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ETC 3.2.1 TRANSFORMATEURS ET MODULATEURS D'ÉNERGIE ASSOCIÉS page
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La puissance absorbée est de type électrique: La puissance
utilisable est de type mécanique rotation caractérisée par: et la
valeur efficace Ueff est: et la tension composée Ucomp est:
Linversion du sens de rotation du rotor sobtient en inversant le
sens du champ tournant 1: Linversion du sens de rotation du rotor
sobtient en inversant le sens du champ tournant 2: La fréquence de
rotation N de larbre moteur est liée à la vitesse angulaire w: Cest
la fréquence de rotation du champ tournant qui entraîne le rotor:
Donc pour un moteur asynchrone la fréquence de rotation dépend de
1: Donc pour un moteur asynchrone la fréquence de rotation dépend
de 2: Le glissement exprime la différence entre la fréquence de
synchronisme et la fréquence réelle du rotor: Cest la puissance
mécanique produite par le moteur pour entraîner la charge:
undefined: undefined_2: 542 INTERPRÉTATION 1: 542 INTERPRÉTATION 2:
542 INTERPRÉTATION 3: 542 INTERPRÉTATION 4: 542 INTERPRÉTATION 5:
542 INTERPRÉTATION 6: R Relever les informations portées sur la
plaque signalétique: undefined_3: Fréquence de rotation N:
coéfficient de déphasage cos j: R Relever la fréquence de
fonctionnement du réseau dalimentation f: R Calculer la fréquence
de synchronisme Ns 1: R Calculer la fréquence de synchronisme Ns 2:
R Calculer la valeur du glissement g 1: R Calculer la valeur du
glissement g 2: R Calculer de deux façons différentes la puissance
Pa absorbée par le moteur 1: R Calculer de deux façons différentes
la puissance Pa absorbée par le moteur 2: R Calculer de deux façons
différentes la puissance Pa absorbée par le moteur 3: R Calculer de
deux façons différentes la puissance Pa absorbée par le moteur 4: R
Calculer de deux façons différentes la puissance Pa absorbée par le
moteur 5: R Calculer la fréquence de synchronisme Ns 1_2: R
Calculer la fréquence de synchronisme Ns 2_2: R Calculer sa
fréquence de rotation N si le glissement est de 5 1: R Calculer sa
fréquence de rotation N si le glissement est de 5 2: Constituant:
Isole en toute sécurité le montage comme par exemple lors dun:
undefined_4: undefined_5: undefined_6: ConstituantRow1:
ConstituantRow2: SymboleRow2: ConstituantRow3: SymboleRow3:
ConstituantRow4: SymboleRow4: ConstituantRow5: SymboleRow5:
COMMANDE DE MARCHE DU MOTEUR KM1 ET KM2 1: COMMANDE DE MARCHE DU
MOTEUR KM1 ET KM2 2: COMMANDE DE MARCHE DU MOTEUR KM1 ET KM2 3:
COMMANDE DE MARCHE DU MOTEUR KM1 ET KM2 4: COMMANDE DE MARCHE DU
MOTEUR KM1 ET KM2 5: COMMANDE DE MARCHE DU MOTEUR KM1 ET KM2 6:
COMMANDE DE MARCHE DU MOTEUR KM1 ET KM2 7: COMMANDE DE MARCHE DU
MOTEUR KM1 ET KM2 8: COMMANDE DE MARCHE DU MOTEUR KM1 ET KM2 9: Tr:
Q1: KM: F2: CF2: S1: KMb: Q0: Car1: Car2: Car3: Car4: Car5: Car6:
SymboleRow1: SymboleRow11: SymboleRow10: SymboleRow12:
SymboleRow13: SymboleRow14: