Elard Julien Beauvais Jean-François Arondel Olivier
21/02/08
TP ELECTROTECHNIQUE MOTEUR ASYNCHRONE 1
Essai à vide...................... vide ............................................. .............................................. ............................................... ............................................... ............................. ...... 3 1.1 Mesures .............................................. ..................................................................... .............................................. .............................................. .......................... ... 3 1.1.1 Méthode utilisée ............................................ .................................................................... ............................................... ............................. ...... 3 1.1.2 Résultats ............................................. .................................................................... .............................................. ......................................... .................. 3 1.2 Calculs..................... Calculs ............................................ .............................................. .............................................. ............................................... .............................. ...... 3 1.3 Courbes caractéristiques du moteur à vide................................... vide........................................................... .............................. ...... 4 2 Essai en court-circuit .............................................. ..................................................................... .............................................. ..................................... .............. 7 2.1 Mesures .............................................. ..................................................................... .............................................. .............................................. .......................... ... 7 2.1.1 Méthode utilisée ............................................ ................................................................... .............................................. .............................. ....... 7 2.1.2 Résultats ............................................. .................................................................... .............................................. ......................................... .................. 7 2.2 Calculs..................... Calculs ............................................ .............................................. .............................................. .............................................. .............................. ....... 7 2.3 Courbes caractéristiques du moteur en court-circuit.................... court-circuit ........................................... .............................. ....... 8 3 Essai en charge ........................................... .................................................................. .............................................. .............................................. .......................... ... 9 3.1 Mesures .............................................. ..................................................................... .............................................. .............................................. .......................... ... 9 3.1.1 Méthode utilisée ............................................ ................................................................... .............................................. .............................. ....... 9 3.1.2 Résultats ............................................. .................................................................... .............................................. ......................................... .................. 9 3.2 Calculs..................... Calculs ............................................ .............................................. .............................................. .............................................. .............................. ....... 9 3.3 Courbes caractéristiques du moteur en charge ............................................. ......................................................... ............ 10 4 Mesure de résistance entre phases.......................... phases................................................. .............................................. ................................... ............ 14
Introduction Le moteur asynchrone est constitué d’un stator et d’un rotor. Le stator est alimenté par une alimentation externe (EDF ou un onduleur). Lorsqu’il est branché à l’EDF, il est soumis à la fréquence 50Hz. Si l’on veut l’utiliser à une autre fréquence, il faut uti liser un onduleur (variateur) pour choisir la fréquence. Après avoir régulé la vitesse, il est possible de choisir le couple avec des capteurs de courant, le moteur est ainsi régulé en vitesse et couple. La plaque signalétique du moteur nous indique la valeur de la tension à appliquer entre phases. Dans notre cas, il supporte 230V entre phases. Il doit alors est couplé en triangle. Dans notre cas, le moteur est alimenté par le réseau EDF, donc le champ tournant dans le 60 * f 60 * 50 stator tourne à la vitesse Ns = = = 1500tr / mn . Cette valeur est prise en compte p 2 dans les calculs de glissement.
1 Essai à vide 1.1 Mesures 1.1.1 Méthode utilisée Pour effectuer les mesures, on utilise la méthode des 2 wattmètres, l’un branché entre la phase 1 et 3 et l’autre branché entre la phase 2 et 3. Les wattmètres nous indiquent la tension entre phases, le courant dans une phase et la puissance totale absorbée. La puissance totale absorbée est la somme des 2 puissances indiquées par les 2 wattmètres. Pour la mesure de vitesse de rotation du rotor, on utilise le tachymètre numérique ou manuel. Le tachymètre affiche directement la vitesse. Pour utiliser le tachymètre manuel, on doit viser le rotor avec le laser du tachymètre et il nous indique la vitesse.
1.1.2 Résultats U1 (V)
Pabs (W) 230 210 190 170 150 130 110 90 70 50
I1 (A) 136 110 91 77 68 60 52 47 42 32
2,9 2,45 2,1 1,85 1,6 1,39 1,19 1 0,86 0,77
Nr (tr/mn) 1425 1425 1424 1424 1422 1422 1421 1420 1420 NC
1.2 Calculs ? r (rad/s)
Courant actif Ia (A) 149,225651 149,225651 149,1209313 149,1209313 148,9114918 148,9114918 148,806772 148,7020523 148,7020523 NC
Courant réactif Ir (A) cos( α) 0,341 2,880 0,302 2,431 0,277 2,082 0,262 1,831 0,262 1,578 0,266 1,364 0,273 1,158 0,302 0,953 0,346 0,787 0,370 0,676
0,118 0,123 0,132 0,141 0,164 0,192 0,229 0,302 0,403 0,480
Glissement g 0,050 0,050 0,051 0,051 0,052 0,052 0,053 0,053 0,053 NC
A vide, on peut voir que le glissement est très faible car il n’y a pas de charge. En théorie, celui-ci devrait être nul mais dans la pratique, le moteur est couplé à un MCC donc il entraîne quand même le rotor du MCC. Le glissement implique que la vitesse réelle du moteur est différente de la v itesse de synchronisme. On peut constater qu’en dépit de charge, le moteur est soumis à un faible couple et donc il arrive très vite à sa vitesse maximale.
1.3 Courbes caractéristiques du moteur à vide Caractéristique de courant I = f(U1) 3,5
3
2,5
) A ( e s a h 2 p e n u ' d t n 1,5 a r u o C 1
0,5
0 0
50
100
150
200
250
200
250
Tension entre phases (V)
Caractérisitique de courant actif Ia=f(U1) 0,400
0,350
0,300
) 0,250 A ( a I f i t c a 0,200 t n a r u o C0,150
0,100
0,050
0,000 0
50
100
150
Tension entre phases (V)
Rappel : Ia =
Pabs U 1 3
=
f (U 1)
Caractéristique de courant réactif Ir=f(U) 3,500
3,000
2,500
) A ( f i 2,000 t c a é r t n a r 1,500 u o C 1,000
0,500
0,000 0
50
100
150
200
250
Tension entre phases (U)
Rappel : Ir= I 1² − Ia ² = f(U1).
Le courant actif sert à fournir de la puissance active dans le moteur et donc à le faire tourner. Par contre, le courant réactif sert au bobinage du moteur. Caractéristique de facteur de puissance cos(phi)=f(U1) 0,600
0,500
) i h p 0,400 ( s o c e c n a s s 0,300 i u p e d r u e t c 0,200 a F
0,100
0,000 0
50
100
150
Tension entre phases U1
Rappel : Cos φ =
Pabs
3U 1I 1
= f(U1)
200
250
Caractéristique de glissement g=f(U1) 0,060
0,050
0,040
g t n e m0,030 e s s i l G 0,020
0,010
0,000 0
50
100
150
200
250
200
250
Tension entre phases U1
Rappel : g =
Ωs − Ωr Ωs
= f(U1)
Caractéristique Pabs=f(U1) 160
140
120
) W ( s b 100 a P e é b r o 80 s b a e c n a 60 s s i u P 40
20
0 0
50
100
150
Tension entre phases U1 (V)
2 Essai en court-circuit 2.1 Mesures 2.1.1 Méthode utilisée On utilise encore la méthode des 2 wattmètres décrite en 1.1.1. Par contre, pour simuler le court-circuit, on bloque le moteur à la main. Lorsque la tension entre phases est trop faible, le rotor ne tourne pas (<60V environ). A l’instant où le rotor commence à tourner, il se peut qu’il y a ait un pic de courant élevé durant un court instant (courant d’appel). Ce pic est difficilement mesurable compte tenu de son court délai.
2.1.2 Résultats U1cc (V)
Pabs (W) 30 40 50 60 70 80 100
Icc (A) 82 150 236 334 460 578 904
3,05 4,3 5,7 7,03 8,56 9,8 12,5
2.2 Calculs cos(α) 0,517 0,504 0,478 0,457 0,443 0,426 0,418
2.3 Courbes caractéristiques du moteur en court-circuit Caractéristique de courant de court-circuit Icc=f(Ucc) 14
12
) 10 A ( c c I t i u c r 8 i c t r u o c e d 6 t n a r u o C 4
2
0 0
20
40
60
80
100
120
100
120
Tension entre phases Ucc (V)
Caractéristique de facteur de puissance cos(phi)=f(Ucc) 0,600
0,500
) i h p 0,400 ( s o c e c n a s s 0,300 i u p e d r u e t c 0,200 a F
0,100
0,000 0
20
40
60
Tension de court-circuit Ucc (V)
Rappel : Cos φ=
Pabs
3UccIcc
= f(Ucc)
80
Caractéristique de puissance Pcc=f(Ucc) 1000
900
800
) W ( s b a P t i u c r i c t r u o c e d e c n a s s i u P
700
600
500
400
300
200
100
0 0
20
40
60
80
100
120
Tension de court-circuit Ucc (V)
3 Essai en charge 3.1 Mesures 3.1.1 Méthode utilisée Pour les mesures de tension entre phases, puissance absorbée et courant dans une phase, on utilise encore la méthode des 2 wattmètres. Pour la mesure de vitesse, on utilise le tachymètre numérique ou manuel.
3.1.2 Résultats Pabs (W) 0 200 400 600 800 1000 1200
I1 (A) 2,9 3,06 3,5 4,01 4,64 5,29 5,9
Nr (tr/mn) C (N/m) 1424 0 1415 2,7 1406 4,6 1398 6,3 1389 7,9 1379 9,4 1370 11,7
3.2 Calculs ? r (rad/s) 149,1209313 148,1784535 147,2359757 146,3982177 145,4557399 144,4085423 143,4660645
Puissance Utile Pu (W) Courant actif Ia (A) Courant réactif 0,000 0,000 400,082 0,502 677,285 1,004 922,309 1,506 1149,100 2,008 1357,440 2,510 1678,553 3,012
Ir (A) cos(α) 2,900 3,019 3,353 3,716 4,183 4,656 5,073
0,000 0,164 0,287 0,376 0,433 0,475 0,511
Glissement g 0,051 0,057 0,063 0,068 0,074 0,081 0,087
Rendement n #DIV/0! -2,000409122 -1,693213721 -1,537181285 -1,436375431 -1,357440298 -1,398794129
3.3 Courbes caractéristiques du moteur en charge Caractéristique de courant I1=f(Pabs) 7
6
5
) A ( 4 1 I t n a r u o 3 C
2
1
0 0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Puissance consommée Pabs (W)
Caractéristique de courant actif Ia=f(Pabs) 3,500
3,000
2,500
) A ( 2,000 a I t n a r u o 1,500 C
1,000
0,500
0,000 0
200
400
600
800
Puissance consommée Pabs (W)
Rappel : Ia=
Pabs
3U 1
1000
1200
1400
Caractéristique de courant réactif Ir=f(Pabs) 6,000
5,000
4,000
) A ( r I t n 3,000 a r u o C 2,000
1,000
0,000 0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1200
1400
Puissance consommée Pabs (W)
Rappel : Ir= I 1² − Ia ² Caractéristique de facteur de puissance cos(phi)=f(Pabs) 0,600
0,500
) i h p 0,400 ( s o c e c n a s s 0,300 i u p e d r u e t c 0,200 a F
0,100
0,000 0
200
400
600
800
Puissance consommée Pabs (W)
Rappel : Cos φ = f(Pabs)
1000
Caractéristique de glissement g=f(Pabs) 0,100
0,090
0,080
0,070
0,060
g t n e m0,050 e s s i l G 0,040
0,030
0,020
0,010
0,000 0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Puissance consommée (Pabs)
Rappel : g = f(Pabs) Caractéristique de couple Cu=f(Nr) 14
12
10
) m / N ( u C 8 r u e t o m u d 6 e l p u o C 4
2
0 1360
1370
1380
1390
1400
Vitesse de rotation du rotor Nr (tr/mn)
Rappel : Cu=
Pu rotor
ω
=
Pu
2Π Nrotor
=
Pu
2Π (1 − g ) Ns
1410
1420
1430
Caractéristique de couple Cu=f(Pabs) 14
12
10
) m / N ( 8 u C e l i t u e l p 6 u o C 4
2
0 0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1000
1200
1400
Puissance consommée Pabs (W)
Caractéristique de rendement n 0 0
200
400
600
800
-0,5
n t n e m e d n e R
-1
-1,5
-2
-2,5
Puissance consommée Pabs (W)
Rappel : η = -
Pu P( abs )
=
1.03P. L. N P ( abs )
4 Mesure de résistance entre phases La résistance pure des bobines mesurée est de 0.5 Ω ce qui est cohérent car ce n’est qu’un fil de cuivre.
CONCLUSION :
Ce moteur est très utilisé dans l’industrie car c’est un moteur qui ne nécessite pas d’entretien car il n’y a pas de frottements, soit moins d’usure. Leur entraînement est uniquement magnétique. De plus, ces moteurs sont très utilisés pour des applications nécessitant une variation du couple ou de la vitesse en les associant à des variateurs.
