Moteur Asynchrone à rotor bobiné Essai à vide et en court-circuit 1-Le but du TP : 1.A-Etude de la plaque signalétique du moteur asynchrone triphasé (moteur) 1.B- Réalisation des deux essais, à vide et en court-circuit
A. Etude de la plaque signalétique Qu’est-ce qu’un moteur Asynchrone ?! Définition : Le moteur asynchrone couplé à un variateur de fréquence est de loin le type de moteur le plus utilisé pour les applications où il est nécessaire de contrôler la vitesse et le déplacement d'une charge. Le système moteur-variateur convient bien pour des applications tels que les ascenseurs car on recherche une excellente précision à fois au niveau de la vitesse (confort des utilisateurs) et de la précision de la position de la cabine par rapport aux paliers. Quant au moteur asynchrone seul, sa popularité résulte du peu d'entretien nécessaire, de sa simplicité de construction, de sa standardisation et de sa robuste. Principe de fonctionnement : Le principe de fonctionnement d'un moteur asynchrone repose :
D'une part sur la création d'un courant électrique induit dans un conducteur placé dans un champ magnétique tournant. Le conducteur en question est un des barreaux de la cage d'écureuil ci-dessous constituant le rotor du moteur. L'induction du courant ne peut se faire que si le conducteur est en court-circuit (c'est le cas puisque les deux bagues latérales relient tous les barreaux). D'autre part, sur la création d'une force motrice sur le conducteur considéré (parcouru par un courant et placé dans un champ magnétique tournant ou variable) dont le sens est donné par la règle des trois doigts de la main droite.
Comme montré sur le schéma ci-dessus, le champ tournant, à un instant donné, est orienté vers le haut. En considérant deux conducteurs diamétralement opposés, on constate que les courants induits dans ces deux conducteurs sont en sens inverse et,
associés au champ magnétique, créent des forces motrices en sens inverse. Le rotor étant libre de tourner sur l'axe X-Y, les deux forces s'associent pour imprimer aux deux conducteurs un couple permettant la rotation de la cage d'écureuil : le moteur électrique est inventé. Pour entretenir la rotation du moteur, il est nécessaire de faire varier soit le courant dans les conducteurs de la cage, soit le champ magnétique. Dans un moteur asynchrone, c'est le champ magnétique qui varie sous forme de champ tournant créé dans le stator. Au démarrage le champ tournant balaye les conducteurs de son flux à la vitesse angulaire de synchronisme. Le rotor mis en rotation tend à rattraper le champ tournant. Pour qu'il y ait un couple entretenu au niveau des conducteurs, la variation de flux doit être présente en permanence; ce qui signifie que si les conducteurs tournent à la vitesse de synchronisme comme le champ tournant, la variation de flux sur les conducteurs devient nulle et le couple moteur disparaît. Un rotor de moteur asynchrone ne tourne donc jamais à la vitesse de synchronisme (50 Hz). Pour un moteur à une paire de pôles (à 50 Hz, la vitesse de rotation du champ tournant est de 3 000 [tr/min]) la vitesse de rotation du rotor peut être de 2 950 [tr/min] par exemple; intervient ici la notion de glissement. Le moteur utilisé : c’est un moteur à rotor bobiné, il contient 2 paires de pôles soit 4 pôles on a obtenu ce résultat suite à la vitesse indiquée dans la plaque signalétique qu’on verra ci-dessous n = 1440 tr/min ; P=60*50/1440 = 2.08 La puissance mécanique = puissance de sortie La puissance électrique = puissance d’entrée Calcul des vitesses pour f=50Hz : Pour P = 1 une paire de pôles => 2 pôles => n = (60*50)/1 = 3000 Tr/min Pour P = 2 deux paires de pôles => 4 pôles => n = (60*50)/2 = 1500 Tr/min Pour P = 3 paires de pôles => 6 pôles => n = (60*50)/3 = 1000 Tr/min Pour P = 4 paires de pôles => 8 pôles => n = (60*50)/4 = 750 Tr/min La plaque signalétique : KW Tr/min
2 1440
Volts Rotor Volts Stator Amp.CA
220/380
Phases
3
220/380 8,3/4,8
HZ Servic e Cosφ
50 S1/Lont.
Const R Aug C°
Ouverte
Isolati on
β
0,8
80
Donc :
La fréquence d’utilisation = 50 Hz
Le facteur de puissance = Cosφ = 0.8 La vitesse de rotation = 1440 Tr/min La puissance utile = 2 KW
Pour un couplage en étoile : In = 2.3 A et Un =380 V Pour un couplage en triangle : In = 4.8 A et Un =220 V On sait que : P = 2 KW et que cette puissance est égale à : P= Cu*(2*pi*n)/60 donc on peut déduire le couple utile qui est égale à : Cu = 2000/(150.72) = 13.26 N.m Pour un fonctionnement nominal, le couplage des enroulements doit être en étoile.
B.1 Essai à vide : Notes importantes !
Le moteur asynchrone se caractérise par un fort appel de courant lors de son démarrage. Lorsque le moteur est de forte puissance le courant de démarrage peut nuire au bon fonctionnement du réseau d'alimentation ; ce qui rend nécessaire la réduction de ce courant et l'adoption d'un système de démarrage.
Pour le moteur à rotor bobiné, l'insertion d'un rhéostat de démarrage dans le circuit rotorique permet de limiter le courant de démarrage avec même la possibilité
d'augmenter le courant de démarrage. Lors de son fonctionnement à vide le moteur asynchrone n'étant couplé à aucune charge tournera à une vitesse très proche de la vitesse de synchronisme. La puissance absorbée se composera en des pertes mécaniques, fer et pertes par effet joule principalement dans les enroulements du stator. Les pertes mécaniques sont proportionnelles à la vitesse de rotation ; les pertes fer au carré de la tension alors que les pertes joules au carré du courant.
Tableau de mesure et de manipulation (Essai à vide) : U (V)
I (A)
P1 (W)
P2 (W)
P0 (W)
∆Pj (W)
∆Pc (W)
400
3.2
800
-500
300
67.5
232.
n (Tr/min ) 1500
Cosφ
glisseme nt
0.135
0
380
2.8
660
-400
260
340
2.3
500
-280
220
300
1.9
380
-190
190
260
1.6
300
-120
180
220
1.4
230
-70
160
180
1.2
170
-25
145
8 51.7 4 34.9 1 23.8 2 16.8 9 12.9 3 9.50
140
1
125
6
131
6.60
100
1.1
100
30
130
7.98
80
1.2
90
36
126
9.50
40
2.5
80
18
98
41.2 5
42 208. 26 185. 09 166. 18 163. 11 147. 07 135. 50 124. 40 122. 02 116. 50 56.7 5
1495
0.493
3.33*10-3
1493
0.162
4.66*10-3
1493
0.192
4.66*10-3
1492
0.249
5.33*10-3
1489
0.299
7.33*10-3
1484
0.387
0.010
1474
0.540
0.017
1448
0.682
0.034
1419
0.757
0.054
600
0.565
0.6
P0= P1 + P2 Cosφ=P0/(√3 * U0 * I 0) Glissement = (ns-n0)/ns sachant que ns = 1500 tr/min ∆Pj= 3 * Rs * I² ∆Pc= (Pfer +P mec) = P0 - ∆Pj
B.2 Essai en Court-circuit : Tableau de mesure et de manipulation (Essai en court-circuit) : Icc (A) Vcc (V) P1cc (W) P2cc (W) Pcc (W) Cosφcc
4.8 100 360
4.5 90 320
4 82 260
3.5 72 190
3 60 140
2.5 55 90
2 40 60
1 20 26
-70
-62
-48
-36
-26
-18
-11
-3
290 0.34 8
258 0.367
212 0.373
154 0.352
114 0.365
72 0.302
49 23 0.353 0.663
Cosφcc=Pcc/(√3 * Vcc * Icc)
Qu’est-ce que la méthode de mesure des deux wattmètres ?! La méthode des 2 wattmètres consiste à mesurer la puissance active totale consommée par un récepteur suivant le schéma de montage ci-dessous :
Le wattmètre W1 est soumis à I1 et U13 : il mesure P1 = U13 I1 cos (U13, I1)
Le wattmètre W2 est soumis à I2 et U23 : il mesure P1 = U23 I2 cos (U23, I2)
La puissance totale consommée par les 3 résistances est P = W1 + W2
Remarques : Lorsqu’on mesure la puissance absorbée à vide par un moteur asynchrone, on observe que la puissance mesurée par W2 est négative : mais la puissance totale P1 + P2 reste évidemment positive. Ce phénomène se produit lorsque φ > 60° : dans ce cas W2 est P2 = U23 I2 cos (30 + φ) <0 et P1 >0
Lorsque φ = 60° : P2 = U23 I2 cos (30 + 60) = 0 et P1 >0 Lorsque φ < 60° : P2 = U23 I2 cos (30 + φ) > 0 et P1 >0
Lorsque le moteur est chargé progressivement les courants « tournent » dans le sens inverse des aiguilles d’une montre par rapport aux tensions simples et composées Concernant le second essai : Le diagramme des puissances du moteur ressemblera à :
B( g )
Io
2
I 1ccn G
O
O1
