Principe et constitution des machines asynchrones PDF

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BAC PRO MELEC Principe et constitution des 1 ère année Machines électromagnétiques machines asynchrones F 2 ème année 3 ème année Situation : Les moteurs asynchrones triphasés sont implantés dans de nombreux équipements industriels : Quelle est leur fonction ? Comment sont-ils construits ? Comment fonctionnent-ils ? Qu’est-ce que la vitesse de synchronisme ? À quoi correspond le glissement ? 1. DÉFINITIONS Le moteur asynchrone à cage ou MAS est la machine tournante la plus utilisée en France, 14 millions de moteurs basse tension, de 0,15 kW à 1 MW, sont installées. Le moteur asynchrone à cage est une machine robuste, économique à l’achat et nécessitant peu de maintenance. Le moteur asynchrone convertit l’énergie mécanique grâce à des phénomènes électromagnétiques. La puissance électrique qu’il reçoit es appelée puissance absorbée. La puissance mécanique qu’il fournit est appelée puissance utile. 2. CONSTITUTION Un moteur asynchrone comporte deux parties principales : Une partie statique, le stator, dont le rôle est de créer un champ magnétique. Une partie tournante, le rotor, dont le rôle est d’entraîner la charge. 3. STATOR Le stator est constitué de bobinages qui créent un champ magnétique tournant. 3.1 Principes de magnétisme : 1. Un bobinage électromagnétique est constitué d’une bobine 1 contenant plusieurs spires* et d’un matériau ferromagnétique 2 placé en son centre. *On appelle spire un circuit fermé parcouru par un courant électrique. 1/6  BAC PRO MELEC Principe et constitution des 1 ère année Machines électromagnétiques machines asynchrones F 2 ème année 3 ème année 2. Si on fait passer un courant électrique constant dans la bobine, un champ magnétique fixe B apparaît en son centre. Le matériau ferromagnétique canalise ce champ magnétique. Le bobinage électromagnétique se comporte comme un aimant avec un pôle Nord et un pôle Sud. Le sens et la nature des pôles dépendent du sens de circulation du courant. La norme du vecteur champ dépend de l’intensité I. 3. Lorsqu’un courant variable traverse la bobine, le champ magnétique crée est également variable en valeur et en direction. Application 1 : Compléter les schémas 4 et 5 ci-dessus en indiquant la position des pôles Nord et Sud puis flécher en vert le sens et la valeur du champ magnétique. 3.2 Création du champ tournant : Pour créer un champ tournant, on utilise 3 bobinages placés géographiquement à 120° les uns des autres. Chaque enroulement est alimenté par une des phases du réseau triphasé. Application 2 : Tracer les axes des champs magnétiques créés par les bobines 2 & 3. Le champ à l’intérieur du stator est donné à tout instant par la somme vectorielle des 3 champs crées par les 3 bobinages. 2/6  BAC PRO MELEC Principe et constitution des 1 ère année Machines électromagnétiques machines asynchrones F 2 ème année 3 ème année Application 3 : Aux instants t2 et t3, tracer les vecteurs dus aux 3 bobinages puis effectuer leur somme vectorielle pour déterminer la valeur du champ tournant. En observant les sommes vectorielles obtenues aux instants t1, t2 et t3, que peut-on dire du champ magnétique ? Il reste fixe Il tourne dans le sens horaire Il tourne dans le sens antihoraire Conclusion : Si on alimente 3 bobinages, placés à 120°, par un réseau triphasé, il y a création d’un champ magnétique tournant. 3.3 Vitesse de synchronisme : Le champ tournant crée par les 3 bobinages peut être modélisé par la rotation de 2 pôles (N et S). La fréquence de rotation du champ tournant est appelée vitesse de synchronisme. Elle se note Ns et s’exprime en tr/s. 3.4 L’influence du nombre de pôles : La vitesse de synchronisme dépend de la fréquence du réseau d’alimentation et du nombre de paires de pôles p du champ tournant. Le nombre de pôles peut être modifié en alimentant plusieurs bobines par phase. 3/6  BAC PRO MELEC Principe et constitution des 1 ère année Machines électromagnétiques machines asynchrones F 2 ème année 3 ème année Elle se détermine par la loi : Plus le nombre de paires de pôles est élevé, plus le rotor tourne lentement. Vitesse de synchronisme pour un réseau de 50HZ : 3.5 Stator réel : 4/6  BAC PRO MELEC Principe et constitution des 1 ère année Machines électromagnétiques machines asynchrones F 2 ème année 3 ème année Application 4 : Le réseau d’alimentation d’un moteur est de 230V/400V. D’après sa plaque signalétique, déterminer : 1 la vitesse de synchronisme : …………………………………………………………………………………. 2 Le nombre de paires de pôles : …………………………………………………………………………… 4. LE ROTOR Le rotor d’un moteur asynchrone est constitué d’une cage comprenant des barreaux conducteurs reliés de chaque côté par des anneaux. À cause de sa forme, le rotor d’un moteur asynchrone est dit « à cage d’écureuil ». 4.1 Principes de magnétisme : Un conducteur soumis à un champ variable produit une tension induite à ses bornes. Un conducteur parcouru par un courant et placé dans un champ magnétique, est soumis à une force de Laplace. Pierre-Simon Laplace (1749-1827) est un mathématicien, astronome et physicien français. 4.2 Influence du champ tournant sur le rotor à cage d’écureuil : Lorsque le champ magnétique tournant est présent, chaque barre de la cage d’écureuil est soumise à un champ variable. La barre produit une tension induite à ses bornes. Comme ces barres sont en court circuit, un courant induit y circule. Une force de Laplace s’applique donc sur chacune de ces barres. Le moteur se met à tourner. 5/6  BAC PRO MELEC Principe et constitution des 1 ère année Machines électromagnétiques machines asynchrones F 2 ème année 3 ème année 4.3 Rotor réel : 4.4 Glissement : Pour qu’il y ait création des forces de Laplace, le rotor doit tourner à une vitesse inférieure à celle du champ tournant. Le glissement g est la grandeur sans unité qui quantifie cette différence de vitesse. En fonctionnement normal, le rotor tourne toujours moins vite que la fréquence de synchronisme d’où le nom de moteur asynchrone. Le glissement nominal est de l’ordre de quelques pourcents. Applications 5 : D’après la plaque signalétique et les résultats de l’application 4, calculer le glissement du moteur : ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 6/6