Moteurs Asynchrones: Démarrage et Performances

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Questions and Answers

Quel facteur n'influence pas le temps de démarrage d'un moteur asynchrone?

  • Le moment d'inertie global
  • La température ambiante (correct)
  • La nature de la charge
  • Le type de moteur asynchrone

Quelle est la relation correcte à respecter pour le couple d'accélération lors du démarrage?

  • Cmd / Crd = 1,5 à 2,5 (correct)
  • Cmd / Crd = 1,0 à 1,5
  • Cmd / Crd = 0,5 à 1,0
  • Cmd / Crd = 2,5 à 3,0

Quel est le rôle principal du courant de démarrage lors du démarrage direct sur le réseau?

  • Dépasser la vitesse de régime rapidement
  • Maintenir la vitesse constante
  • Accélérer le moteur à sa vitesse de régime (correct)
  • Réduire le couple d'accélération

Quels sont les effets d'un démarrage à-coup?

<p>Imposition de chocs mécaniques à l'arbre (C)</p> Signup and view all the answers

Quel est le courant de démarrage typique dans un moteur asynchrone au démarrage direct?

<p>5 à 10 fois le courant nominal (A)</p> Signup and view all the answers

Quel est l'effet d'un retard de l’amorçage des thyristors sur la tension résultante ?

<p>La tension résultante diminue. (C)</p> Signup and view all the answers

Pourquoi le gradateur est-il considéré comme un convertisseur très polluant ?

<p>Il produit de nombreuses harmoniques. (C)</p> Signup and view all the answers

Quelles pertes sont considérées comme nulles à vide pour le rotor ?

<p>Pertes Joule au rotor. (A)</p> Signup and view all the answers

Quel est l'avantage principal de l'utilisation d'un démarreur progressif ?

<p>Il est géré par un microprocesseur. (D)</p> Signup and view all the answers

Quel est le couplage du moteur mentionné dans le contenu ?

<p>Couplage étoile. (D)</p> Signup and view all the answers

Quelle est la valeur de la vitesse de synchronisme mentionnée ?

<p>1500 tr/min (D)</p> Signup and view all the answers

Quelle formule est utilisée pour calculer les pertes Joule statoriques à vide ?

<p>$PJst0 = 3RI²$ (C)</p> Signup and view all the answers

Quelles pertes sont directement affectées par le glissement dans un moteur asynchrone ?

<p>Pertes au rotor. (B)</p> Signup and view all the answers

Quel est l'effet du couplage étoile sur le courant et le couple de démarrage?

<p>Ils sont réduits par trois (A)</p> Signup and view all the answers

Quel pourcentage de la vitesse nominale Nn est atteint à la fin du démarrage en étoile?

<p>75% - 85% (C)</p> Signup and view all the answers

Qu'est-ce qui doit se produire pour que le moteur puisse démarrer sans difficulté ?

<p>Le Cd doit rester supérieur au Cr (A)</p> Signup and view all the answers

Quelle est la temporisation recommandée lors du passage du couplage étoile au triangle?

<p>1 à 2 secondes (A)</p> Signup and view all the answers

Pour quel type de machine le système de démarrage étoile-triangle avec temporisation peut-il être utilisé?

<p>Machines à couple résistant faible (B)</p> Signup and view all the answers

Quel est un inconvénient du démarrage en couplage étoile?

<p>Il entraîne un faible couple de démarrage (D)</p> Signup and view all the answers

Quelles sont les conditions pour que le moteur fonctionne en couplage triangle?

<p>Le moteur doit avoir un faible couple résistant (A)</p> Signup and view all the answers

Quel est l'effet d'une résistance rotorique élevée lors du démarrage d'un moteur à bagues ?

<p>Elle augmente le couple au démarrage. (C)</p> Signup and view all the answers

Quel est l'objectif principal d'utiliser des résistances avec le couplage étoile-triangle?

<p>Limiter les phénomènes transitoires (B)</p> Signup and view all the answers

Quel est le rôle principal du démarreur progressif dans un moteur asynchrone ?

<p>Assurer la protection thermique du moteur. (D)</p> Signup and view all the answers

Qu'implique le démarrage par gradateur en ce qui concerne la tension d'alimentation ?

<p>La tension est progressive à fréquence fixe. (D)</p> Signup and view all the answers

Quel est le principal inconvénient d'une résistance rotorique faible en régime normal ?

<p>La vitesse du moteur devient instable. (D)</p> Signup and view all the answers

Comment les thyristors influencent-ils le démarrage d'un moteur asynchrone ?

<p>Ils permettent de faire varier le temps de conduction. (C)</p> Signup and view all the answers

Quel est l'impact d'un rhéostat de démarrage sur les pertes joules ?

<p>Il dissipe les pertes joules dans le rhéostat. (A)</p> Signup and view all the answers

Quel est un des avantages d'utiliser une résistance rotorique élevée lors du démarrage ?

<p>Cela permet de rester dans la partie stable de la caractéristique. (A)</p> Signup and view all the answers

Comment peut-on agir sur la tension pour un moteur utilisant un gradateur ?

<p>En augmentant le temps de conduction des thyristors. (A)</p> Signup and view all the answers

Quel est l'objectif principal lors de la variation de la vitesse par action sur la fréquence ?

<p>Obtenir un couple maximum à toutes les fréquences (C)</p> Signup and view all the answers

Quel type de commande permet un contrôle du couple en régime permanent ?

<p>Commande scalaire (C)</p> Signup and view all the answers

Que se passe-t-il lorsque la fréquence est supérieure à 50 Hz ?

<p>La tension ne peut pas être augmentée au-delà de la tension nominale (D)</p> Signup and view all the answers

Quel est un des avantages d'un variateur de fréquence et de tension ?

<p>Il limite le courant de démarrage (C)</p> Signup and view all the answers

Quel est le principe de la commande vectorielle de flux ?

<p>Calcul de la magnétisation optimale du moteur (B)</p> Signup and view all the answers

Quel est l'effet de la commande vectorielle sur la performance du moteur ?

<p>Elle permet un contrôle précis des paramètres du moteur (B)</p> Signup and view all the answers

Quelle est la relation entre la fréquence et les caractéristiques mécaniques jusqu'à 50 Hz ?

<p>Elles restent parallèles à celles de 50 Hz (B)</p> Signup and view all the answers

Quelle est la conséquence d'une augmentation non contrôlée du couple en régime transitoire ?

<p>Détérioration des performances (D)</p> Signup and view all the answers

Quel est le bilan de puissance pour un moteur asynchrone à charge nominale en utilisant la formule Pt = Pa - Pfst - PJst?

<p>8,631 kW (C)</p> Signup and view all the answers

Pourquoi les ascenseurs bénéficient-ils d'une variation de la vitesse à couple constant ?

<p>Pour garantir un déplacement lisse (A)</p> Signup and view all the answers

Comment la commande vectorielle affecte-t-elle le fonctionnement du moteur asynchrone ?

<p>Elle nécessite une compensation pour le contrôle du glissement (C)</p> Signup and view all the answers

Quelle est la formule correcte pour calculer le glissement d'un moteur asynchrone?

<p>$100 imes \frac{n_s - n_r}{n_s}$ (C)</p> Signup and view all the answers

Comment peut-on régler la vitesse d'un moteur asynchrone en utilisant un variateur de vitesse?

<p>En modifiant la fréquence d'alimentation (C)</p> Signup and view all the answers

Quelle est la puissance utile en bout d'arbre pour le moteur analysé?

<p>7,556 kW (C)</p> Signup and view all the answers

Quelle est la valeur des pertes Joule statoriques en charge pour le moteur?

<p>572 W (B)</p> Signup and view all the answers

Quel est le rendement du moteur à charge nominale calculé?

<p>79,6 % (C)</p> Signup and view all the answers

Quel type de moteur est analysé dans ce contenu?

<p>Moteur asynchrone (B)</p> Signup and view all the answers

Comment les pertes rotoriques en charge (PJr) sont-elles calculées?

<p>$g imes Pt$ (A)</p> Signup and view all the answers

Quel système est le plus utilisé pour modifier la vitesse d'un moteur asynchrone?

<p>Moteur à enroulement commutable (A)</p> Signup and view all the answers

Quelle est la conséquence d'une augmentation du glissement sur la vitesse du moteur?

<p>Diminution de la vitesse (D)</p> Signup and view all the answers

Flashcards

Durée du démarrage

Le temps nécessaire pour qu'un moteur asynchrone atteigne sa vitesse de fonctionnement.

Rapport Cmd/Crd

Le rapport entre le couple moteur (Cmd) et le couple résistant (Crd) lors du démarrage d'un moteur asynchrone. Il doit être compris entre 1,5 et 2,5 pour un démarrage optimal.

Energie cinétique (Ec) du rotor

L'énergie cinétique stockée par le rotor pendant le démarrage du moteur asynchrone. Dépend du moment d'inertie du rotor (J) et de la vitesse angulaire (ω).

Couple résistant (Crd)

La force qui s'oppose au mouvement du moteur asynchrone lors du démarrage. Ce couple est influencé par plusieurs facteurs, tels que la charge et le type moteur.

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Couple moteur (Cmd)

La force motrice qui propulse le moteur asynchrone. Ce couple dépend de la nature du moteur et de ses paramètres fonctionnels.

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Démarrage en étoile (Y)

Lorsque le moteur est connecté en étoile (Y), le courant et le couple de démarrage sont réduits par trois. C'est dû à la division de la tension du stator par trois.

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Couplage final

Le courant et le couple de démarrage sont réduits par trois à cause de la division de la tension d'alimentation par trois.

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Démarrage étoile-triangle

La tension d'un enroulement est divisée par trois lors du passage d'étoile (Y) à triangle (Δ), ce qui réduit le couple de démarrage par trois et augmente la vitesse du moteur.

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Vitesse du moteur à la fin du démarrage en étoile

La vitesse du moteur atteint environ 75% à 85% de sa vitesse nominale (Nn) à la fin du démarrage en étoile. Le passage au triangle assure une vitesse finale proche de la vitesse nominale (N∆). N∆NY

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Problèmes du démarrage étoile-triangle

Le démarrage étoile-triangle peut entraîner un faible couple de démarrage et un régime transitoire brutal. Une temporisation peut être ajoutée au passage de l'étoile au triangle pour aider à stabiliser le système.

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Démarrage étoile-triangle avec résistances

Le démarrage sans coupure étoile-triangle avec résistances ajoute des résistances en série avec les enroulements du moteur pour limiter le courant et le couple de démarrage. Ces résistances sont ensuite supprimées pour atteindre la vitesse nominale. La vitesse finale est proche de N∆. NYN∆

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Démarrage étoile-triangle avec temporisation

Le démarrage étoile-triangle avec temporisation (environ 1 à 2 secondes) est utilisé lorsque le couple résistant est faible et que l'inertie du moteur est élevée pour minimiser les baisses de vitesse lors de la temporisation.

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Démarrage étoile-triangle + résistances – triangle

Le démarrage étoile-triangle avec résistances est une variante du démarrage étoile-triangle avec temporisation. Les résistances sont utilisées pour limiter le courant et le couple de démarrage pendant la temporisation.

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Démarreur progressif

Un démarreur progressif est un dispositif qui augmente progressivement la tension d'alimentation du moteur asynchrone pendant le démarrage. Cette méthode permet de limiter le courant d'appel et de protéger le moteur contre les surcharges.

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Courant de démarrage

Le courant de démarrage est le courant qui traverse le moteur asynchrone au moment du démarrage. Il est généralement plus élevé que le courant nominal du moteur.

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Résistance rotorique

La résistance rotorique est une résistance ajoutée au circuit du rotor d'un moteur asynchrone à bagues. Elle permet d'augmenter le couple de démarrage et de réduire le courant d'appel.

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Glissement

Le glissement est la différence entre la vitesse de synchronisme du champ magnétique tournant et la vitesse du rotor.

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Couple maximum

Le couple maximum est le couple que le moteur peut développer à une vitesse donnée. Il est indépendant de la résistance rotorique.

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Couple de démarrage

Le couple de démarrage est le couple que le moteur peut développer au démarrage. Il est fonction de la résistance rotorique.

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Glissement et résistance rotorique

Le glissement dépend de la résistance rotorique. Si la résistance rotorique augmente, le glissement augmente.

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Avantage du démarrage progressif

Un démarrage progressif est plus doux et permet de mieux contrôler le démarrage du moteur. Il offre une meilleure protection contre les surcharges.

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Gradateur

Un dispositif électronique permettant de contrôler la tension appliquée à un moteur asynchrone, en utilisant des thyristors pour modifier le temps de conduction.

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Couple résistant

La force qui s'oppose au mouvement du moteur asynchrone lors du démarrage. Cette force est influencée par la charge connectée au moteur.

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Couple moteur

La force motrice qui propulse le moteur asynchrone. Ce couple dépend de l'intensité du courant et de la construction du moteur.

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Vitesse de synchronisme

La vitesse de rotation du champ magnétique tournant dans un moteur asynchrone.

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Pertes Joule statoriques

La puissance dissipée sous forme de chaleur dans le stator d'un moteur asynchrone, causée par le passage du courant.

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Démarrage progressif

Une méthode de démarrage d'un moteur asynchrone qui utilise trois phases distinctes, chacune reliée à un thyristor.

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Puissance absorbée (Pa)

La puissance totale absorbée par le moteur asynchrone.

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Puissance transmise au rotor (Pt)

La puissance transmise au rotor du moteur asynchrone, après déduction des pertes statoriques.

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Glissement (g)

Le rapport entre la différence de vitesse entre le champ magnétique tournant et le rotor et la vitesse de synchronisme, exprimé en pourcentage.

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Pertes Joule rotoriques (PJr)

La puissance dissipée par effet Joule dans le rotor du moteur asynchrone, due au glissement.

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Puissance utile (Pu)

La puissance utile produite par le moteur asynchrone, disponible en bout d'arbre.

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Moment du couple utile (Cu)

Le couple utile produit par le moteur asynchrone en bout d'arbre, mesuré en Newton-mètres (Nm).

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Rendement du moteur (η)

Le rapport entre la puissance utile et la puissance absorbée, exprimé en pourcentage.

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Variation de vitesse par action sur la fréquence

Une technique de contrôle de la vitesse d'un moteur asynchrone en modifiant la fréquence du courant d'alimentation.

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Variateur de vitesse

Un dispositif électronique utilisé pour convertir le courant continu en courant alternatif à fréquence variable, permettant de contrôler la vitesse d'un moteur asynchrone.

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Fonctions du variateur de vitesse pour les ascenseurs

L'accélération, la décélération, la variation et la régulation de la vitesse, l'inversion du sens de marche et le freinage d'arrêt sont des fonctions disponibles sur certains variateurs de vitesse.

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Couple maximal (Cm)

Le couple maximal que le moteur peut développer est proportionnel au carré de la tension et inversement proportionnel à la vitesse de synchronisme et à la résistance du rotor.

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Régulation de vitesse des moteurs triphasés

La régulation de vitesse des moteurs triphasés à courant alternatif s'effectue selon deux méthodes principales : la commande scalaire et la commande vectorielle de flux.

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Commande scalaire (U/f = Cte)

La commande scalaire maintient un flux nominal constant en ajustant la tension et la fréquence de manière proportionnelle. Cette technique est simple, mais a des limitations en termes de performances.

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Commande vectorielle de flux (VVC)

La commande vectorielle de flux permet un contrôle précis du flux magnétique et du couple du moteur en utilisant des techniques de vectorisation. Elle offre des performances supérieures à la commande scalaire.

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Avantages de la commande scalaire

La commande scalaire est simple à mettre en œuvre et permet de maintenir un couple constant à basse vitesse.

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Inconvénients de la commande scalaire

La commande scalaire ne permet pas un contrôle précis du couple en régime transitoire et peut entraîner des oscillations.

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Exigences de la commande vectorielle de flux

La commande vectorielle de flux nécessite une connaissance précise des paramètres du moteur et est plus complexe à mettre en œuvre que la commande scalaire.

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Avantages de la commande vectorielle de flux

La commande vectorielle de flux permet un maintien du couple et une meilleure gestion de l'énergie, améliorant ainsi les performances du moteur.

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Fonctionnement de la commande vectorielle

La commande vectorielle travaille avec les valeurs des courants actifs, de magnétisation (flux) et du couple, permettant un contrôle précis du moteur.

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Applications de la commande vectorielle de flux

La commande vectorielle de flux offre la meilleure solution pour des applications exigeant un contrôle précis du couple et des performances élevées.

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Study Notes

Haute École EPHEC

  • L'EPHEC est une haute école, spécialisée dans la réussite.
  • Le slogan de l'école est "Le chemin pratique vers la réussite".

Machines tournantes triphasées

  • Sujet d'étude pour le deuxième bachelier Électromécanique
  • Date d'octobre 2024

Objectifs du Cours : Machines tournantes

  • Méthodes de démarrage des machines tournantes
  • Démarrage Y-D
  • Démarrage par démarreur progressif
  • Démarrage par résistances rotoriques
  • Démarrage par variateur de vitesse

Moteur asynchrone - Choix d'un moteur

  • Le moteur 1 est parfaitement adapté pour démarrer une charge
  • Le moteur 2 peut démarrer mais s'arrête trop vite
  • Le moteur 3 n'est pas adapté pour démarrer la charge

Devoir pour le 21/10

  • Installation électrique d'une mini-usine alimentée par un réseau triphasé 400 V
  • Consommation moyenne de courant de ligne : 100 A
  • Facteur de puissance : cos φ = 0,7 AR (courant en retard sur la tension)
  • Amélioration du facteur de puissance avec un récepteur triphasé équilibré composé de condensateurs

Moteur asynchrone - Méthodes de démarrage

  • La durée du démarrage est le temps nécessaire pour atteindre la vitesse de fonctionnement
  • Le courant de démarrage est de 5 à 10 fois le courant nominal.
  • Le couple résultant s'annule au fonctionnement, la vitesse se stabilise.
  • Le temps de démarrage dépend du moment d'inertie, plus il est lourd, plus le temps de démarrage est long
  • Plus le régime de fonctionnement est une charge nominale, plus le temps de démarrage est long

Moteur asynchrone - Démarrage sous tension réduite

  • Réduire la tension d'alimentation du stator diminue le courant de démarrage
  • La réduction de la tension diminue également le couple de démarrage
  • Démarrage acceptable uniquement si la machine est faible couple résistif aux faibles vitesses

Moteur asynchrone - Démarrage sous tension réduite

  • Cr - est possible à entrainer par le moteur avec un démarrage à tension réduite
  • Divers types de couples (proportionnel - carré de vitesse, inversement proportionnel à la vitesse, constant) dépendant de la vitesse du moteur
  • Pour réduire le courant de démarrage, agir sur la tension d'alimentation (statorique) ou sur la résistance rotorique

Moteur asynchrone - Démarrage étoile - triangle

  • Ce mode de démarrage permet de réduire le courant de démarrage
  • L'utilisation d'un commutateur pour passer d'une configuration étoile à une configuration triangle
  • Réduction du courant et du couple de démarrage par un facteur de 3

Moteur asynchrone - Plusieurs Solutions

  • Démarrage étoile-triangle avec temporisation au passage du couplage Y au D
  • Démarrage sans coupure: couplage étoile – triangle + résistances-triangle
  • Les résistances sont branchées immédiatement avant le passage au couplage triangle et ensuite éliminées.

Moteur asynchrone - Agir sur U alim

  • Démarrage par gradateur (à thyristors ou triacs) - démarreur progressif
  • Contrôle de la tension du moteur à l'aide de thyristors
  • Variation du temps de conduction des thyristors pour ajuster la tension
  • Protection thermique du moteur pendant le démarrage progressif

Moteur asynchrone - Agir sur le rotor

  • Démarrage d'un moteur à bagues par résistance rotoriques
  • Utilisation d'un rhéostat rotorique pour ajuster le glissement et le couple de démarrage
  • Un rhéostat rotorique élève le couple au démarrage tout en réduisant le courant
  • En régime de fonctionnement normal, on désire une résistance de rotor plus basse pour une plus grande stabilité de vitesses

Moteur asynchrone - Variation de la vitesse par action sur la fréquence

  • Alimentation du moteur par un convertisseur à fréquence variable.
  • Variateurs de vitesse, permettant contrôle de l'accélération, décélération, vitesse, variation de la sens de rotation, et freinage d'arrêt pour le moteur
  • Différents types de variateurs de vitesses (onduleur à onde de tension, onduleur à onde de courant, onduleur à modulation de largeur d'impulsions)

Moteur asynchrone - Réglage de la vitesse

  • Démarrage par changement du nombre de pôles (Dahlander)
  • Augmentation et dimunition de la vitesse en ajustant la fréquence de l'alimentation du moteur

Exercice N°33

  • Calcul du courant absorbé et du facteur de puissance pour une installation triphasée.
  • Différentes charges (lampes, moteurs, condensateurs, bobines)
  • Différents types de calcul
  • Divers paramètres à considérer (rendements, couples, vitesses)

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