Moteurs asynchrones
Ayoub Chtioui Présenter par : Ayoub Gmail:
[email protected] Électrotechnique, Théodore Wildi, Électricité au service des machines, Bernard Schneider et Alain Beuret, Haute École d’Inénierie et de !estion de "anton de #aud, #aud, Suisse: Suiss e: $$$%iai%hei&vd%ch
Références :
Alternateur de 1320 MW MW de la centrale nucléaire de Leibstadt (Suisse). Les turbines à vapeur qui l’entranent s!nt en arri"re#plan
Alternateur de 1320 MW MW de la centrale nucléaire de Leibstadt (Suisse). Les turbines à vapeur qui l’entranent s!nt en arri"re#plan
Exercice préliminaire
'’aimant se délace - la vitesse v% 'es rails sont conducteurs et arcourus ar un courant I% Équation dynamique des rails .
Moteur asynchrone Principe
Les rails sont le sige !"une #ém. !onnée par e = Blv $ls sont !onc soumis % la #orce !e Laplace
et !"un courant
I
e =
R
F = IlB
Les sens !e F est tel &ue l"e##et s"oppose % la cause ' le rail essaie !e rattraper le champ, % une (itesse V . Ecri(ons l"é&uation !u mou(ement !u rail % un instant t ' )
F = i 0t /lB =
l B R
)
0v − V 0t // = m
dV dt
)"o* '
t
mR V 0t / = v02 − e / 1 τ = ) ) l B −
τ
Le rail voit sa vitesse augmenter pour s’approcher de v sans jamais l’atteindre. Si v=V , F=0 (pas de flux coup!
+ous a(ons construis un moteur asynchrone linéaire.
Pro!uction !u champ tournant
$r!is enr!ule%ents ali%entés en c!urants trip&asés sinus!'dau pr!duisent un c&a%p t!urnant dans un sens !u dans l’autre. *rincipe inverse de la pr!ducti!n des s+st"%es trip&asés.
t="
Champ résultant
t=#
Champ résultant
Théorème de Ferraris
Trois bobines parcourues par un système de courants triphasé équilibré et décalées de !"#$ produisent au centre un champ ma%nétique tournant & la pulsation des courants' (émonstration
)émonstration !u théorme !e -erraris Courants !ans les bobines p*
ia
= I
) cos ω t 1 ib
= I
) cos0ω t −
)π 3
/ 1 ic
= I
) cos0ω t −
4π 3
Champ créé par cha&ue bobine !ans la !irection θ Ba
=
Champ total !ans la !irection θ B = Ba + Bb + Bc
=
3 ) I ) cos0ω t − pθ / )
)ia cos pθ 1 Bb
=
)ib cos0 pθ −
)π / 1 Bc 3
=
)ic cos0 pθ −
4π / 3
Champ tournant, calcul !e la (itesse
d θ + = dt p
!ans le sens
d θ + =− dt p
!ans le sens /
ω t − pθ = * ⇒
Si on ermute ) courants, a et b 3 B = Ba + Bb + Bc = ) I ) cos0ω t + pθ / )
ω t + pθ = * ⇒
/
Champ tournant pro!uit par un systme !e bobines 1 paire !e p2les3 ' au bout !"une !emi pério!e, le champ a tourné !"un !emi tour '
ω 0 ,uls courants statoriques/ = Ω s 0 vitesse de rotation du cham,/ 4 (itesse !e synchronisme
Ω s =
ω )
Champ tournant pro!uit par 5 bobines cha&ue phase comporte 6 bobines en série, 6 paires !e p2les3 ' au bout !"une !emi pério!e, le champ a tourné !"un &uart !e tour Pour 90 ;< ω paire 1 paires 6 paires paires 7 Ω s = p tr8min 000 1900 1000 :90
t*"
Stator
/roduction du champ tournant
t = n s 0tr < min/ =
n s7vitesse de rotation du cham, vitesse synchrone, , 7 8réquence des courants statoriques p7 nom9re de aires de les ar hase 0ici 72/% ;om9re de 9o9ines<hase 0) les<9o9ine/ B
=
Bma5 cos0ω t
−
pθ /
6* , 0 -. / p
)π 6ω
t =
)π 6ω
'es 3 9o9ines arcourues ar des courants alternati8s de 8réquence 8 0+* H=/ décalés électriquement 8orment le stator% 'e cham manétique roduit tourne - la 8réquence de synchronisme n s 0tr < min/ =
Rotor en ca%e d’écureuil
6* , 0 -. / p
"e cham remlace l’aimant en mouvement 'e rotor, sous 8orme de rail recour9é sur lui&m>me our 8ormer une cae d’écureuil, va suivre le cham tournant - une 8réquence lé?rement in8érieure la 8réquence de synchronisme d@o le nom de moteur asynchrone% 0e rotor est tou1ours en court2circuit
Constitution =tator
>a >b
>c
Bobines 3$ B et 4 du stator en étoile$ point commun 5'
?&uations est homo?ne au niveau de la sire
:Si B( - )
itesse !e rotation !u rotor
φ (t ) = B .7 . cosθ (t ) = φ * cos[ (ω − Ω )t ]
itesse !u champ tournant 4Pulsation courants statori&ues si p413
d φ d’o la 8ém% induite : e(t ) = − n = n .φ * (ω − Ω ) sin(ω − Ω )t dt pulsation au rotor ω r = % ω ω − Ω est le lissement 0 % ou s/ E = %E co ω E co 7 tension induite au rotor 9loqué et - circuit ouvert : C
≠
En l’absence de %lissement$ pas de ,lux coupé$ ,ém'*"
*
Ω=*
1 =2
!ros Moteurs DE2MW
A vide 0sans chare/ : Cn chare : ω
Ω
Ω ≅ ω
E ≈"$ I≈ "$ 4 ≈" $ %
≈
Detits moteurs DF2* GW
"
E et I au%mentent$ donc 4 1usqu’& équilibrer la char%e 8% "'9: & ; :<
?&ui(alence trans#ormateur 6 bobinages triphasés3, un circuit magnéti&ue comprenant une partie #ixe et une partie mobile séparées par un entre#er.
C)
C2
C2
?&uations 1, résistance !u stator L1 in!uctance !e #uite stator Φ1 fux net au stator
V 2
= R2 I 2 +
V )
=
102ω I 2
* = R ) I )
R) I ) = %
+
+
+
1ωϕ 2
10 ) % ω I )
10 )ω I )
+
1ωϕ )
+
1% ωϕ ) C)
"ircuit équivalent 0ar hase/ : - l’arr>t 0 %*/
rotor
stator
s = % =
ω − Ω
=lissement 8slip<
Circuit é&ui(alent par phase3 ' en marche ,-13
E ) = sE 2 = 0 1sx) + r ) / I )
I 2 = I )
=
E 2 r ) ) x + 0 / s ) )
Fréq' , Fréq' s,
Pour les puissances B 6 D, on peut !éplacer la branche parallle % l"entrée
>ilan !es puissances, calcul !u couple et !u ren!ement
4 =
/ m Ω
=
/ r 02 − s / Ω s 02 − s /
E s) r ) ) ) I 2 + r Puissance acti(e absorbée par phase3' / = 2 I 2 + R , s Puissance réacti(e absorbée ' Courant !e ligne
I p
Puissance oule rotor
=
/ ) + ? ) E s ) ) 2
/ 1r = r I
E ) ?= + xI 2 > m ) s
=
Ω s
Duissance 8ournie au rotor Dr
-acteur !e puissance cos ϕ =
s/ r
=
/ r
/ 7
) E r r ) s ) ) Puissance mécani&ue / m = / r − / = / − 3 I 3 = = @r r 02 s / / r 2 s s 0r + r ) / ) + x ) / η = < 8 22%< m
Fone !e #onctionnement sG03
"aractéristique mécanique
E s) r ) 2 4 = 3 r ω s 0r 2 + ) / ) + l )ω ) s
s*
ArrHt
3 E s) 2 4 ma5 = 4 d = ) ) ) 1hp4:75 ) ω r )D + r 2 + l ω
s*"
r 2 = 2%+Ω r )
= 2%)Ω
> m R ,
= 22* Ω
r 2 = *%*I3Ω
= H**Ω
r )
= *%*IΩ
x = )%6Ω
x = 6Ω
r ≈ r 1 x = 0ω ≈ 04 − 4*/r 2
)
> m R ,
=
46Ω
= 6**Ω
) s )
E r 4 = 3 Ω s s
2 r ) ) ) 0 r 2 + / + x s
E s) r ) 4 d = 3
2
Ω s
4 ma5
sma5
4 ma5 4 d
4 ∝ E s) 1 4 ma5 indé,endant de r )
C
0 r 2 + r ) / ) + x ) ) s
3 E 2 = ) Ω s r 2 + r 2) + x ) =
I 0s/
0r 2≈*/ ≈
3 E s) 2 ) Ω s 0ω
r ) r 2) + x )
2 4 + a) ≈ ) 2+ 2+ a)
2 x ≈ a 1 a= ) r
C
C
Essais, !étermination !es paramtres Cssai - vide 0 > m et R , / $ f
Cssai - rotor 9loqué 8s*<$ C x et r ! C ≈ 2
5
r
r ! As
6
esure de la résistance r du stator
Rϕϕ =
)r 2 en Υ )r 2 A 3 en ∆
-onctionnement en génératrice Si ;E;s : Dr F* , le rotor 8ournit l’énerie active, sF*
)+4 = −242*D / r = −4% I = −4 46, ) 2
/ r
Démarrage
Point !e #onctionnement
Id EE In A Tout moment il 8aut " E "ch
F
Jn démarre en étoile, ensuite on asse trianle Ju utiliser des rhéostats avec des 9aues au rotor au démarrae, mises en "" en 8onctionnement
Iriangle
?toile
Glectricité au service des machines$ p!"H$
Kreinae
Moteur 1J,9 D
Dar récuération "ch 7 6* ;m, ;72L6* tr
me coule, vitesse lus 8ai9le% Arr>t si , décroissante vers * Dar inversion : Inverser ) hases 0inversion de vitesse/ Dar inection d’un "" : Cntre ) hases, 8lu5, courants induits qui s’oosent - la cause, coule oosé
écupération !"énergie
>ranchements
V C Cn étoile : "oule 8ai9le I = = R R 3 Cn trianle : "oule lus 8ort% I =
C R
(émarra%e en ! temps J étoile puis trian%le'
Applications (omestique 0machines - laver, s?che line, tondeuse/, Industrie 0machines outils, traction/% C5iste en monohasé 0domestique/ et en trihasé 0industrie/ Deut avoir un 9on coule au démarrae CntraNnement - vitesse varia9le 0variateur de vitesse/ Bon raort coule < volume Otilisations - vitesse 8i5e : omes, ventilateurs, convoyeurs, ascenseurs Traction, trolley, locomotive
Pla&ue signaléti&ue Tension supportée par un enroulement
Avec un réseau ))*<3* : démarrer en trianle Avec un réseau 3*<66* : démarrer en étoile
ariation !e (itesse Ce sont !es (ariateurs !e #ré&uence ' mo!i#ication !e la #ré&uence !es courants !"alimentation !onc !u champ tournant
=chéma !e liaison au secteur
Q ' =ectionneur a(ec #usible, isole la machine pour entretien, protge contre CC
Contacteur Km ' alimenter le moteur a(ec comman!e manuelle ou automati&ue elais thermi&ue F ' protge contre la surcharge, !étecte la !i##érence !e courant entre phases en cas !e coupure !"une liaison
Moteur Asynchrone Monophasé ' Constitution 6 p2les Le rotor est au repos Courants in!uits par la (ariation sinusoK!ale !u #lux pro!uit au stator. Mais le couple est nul. 0e moteur monophasé ne démarre pas tout seul
;écessité d’un enroulement au5iliaire au démarrae% Il constitue avec l’enroulement rincial un syst?me 9ihasé% '’enroulement au5iliaire est mis hors circuit d?s que le moteur atteint L+P de sa vitesse
ontrer qu’un système biphasé produit un champ tournant
Moteur monophasé Au !émarrage
Le rotor est lancé Les barres !u rotor sont le sige !e courants in!uits I r
φ r
Les courants in!uits pro!uisent un #lux φ r en &ua!rature a(ec le #lux φ s
Ce #lux remplace le #lux auxiliaire utilisé au !émarrage
4 d = )I a I s sin α 4ouple au démarra%e
4ourant
4ourant
(éphasa%e entre les ! courants
Moteur % phase auxiliaire résisti(e Enroulement principal #orte réactance #aible résistance ≈ /K"#AE 3 ≈
is&ues !"échau##ement !e ≈ l"enroulement auxiliaire. L"interrupteur centri#uge !oit s"ou(rir en 1/6 secon!es. elais thermi&ue +e con(ient pas aux !émarrages #ré&uents
Enroulement auxiliaire #aible réactance, #orte résistance ≈"#AE 3
Moteur % !émarrage par con!ensateur
Dour aumenter le déhasae et donc le coule
C intro!uit un !éphasage LK"# AE )éphasage plus gran! entre les 6 courants ppal et auxil.
Caractéristi&ue en charge
Les 6 enroulements sont excités ' la (itesse nominale est atteinte en moins !"1s
Enroulement ppal seul
Otilisation : m>me que le trihasé our les etites uissances F 2 GW
