Partie 2 : Technologie et Fonctionnement du moteur asynchrone

1- Définition et description

Le moteur asynchrone est une machine tournante aussi appelée moteur à induction: il fonctionne avec du courant
alternatif. Ce moteur peut, selon sa construction, être relié par son circuit inducteur à un réseau électrique alternatif
monophasé ou triphasé.
Remarque : les moteurs triphasés présentent pour une masse donnée des performances jusqu’à 50 % supérieures à
leurs homologues monophasés
Les avantages des moteurs asynchrones : - Meilleur rapport Qualité-Prix
                                                                   - Simple à construire
                                                                   - Entretien plus simple (par rapport à MCC)

2- Constitution et principe de fonctionnement

2-1- Le stator est l’inducteur

Il est constitué de trois enroulements (bobines) décalées de 120° degrés dans l’espace (2π/3 rad) et possède

paires de pôles p. Ces trois enroulements sont parcourus par des courants triphasés, avec un déphasage φ de 2π/3

   ➭ Trois champs magnétiques sont ainsi crées => Le champs triphasé résultant tourne à la même fréquence du courant électrique (Fréquence du réseau électrique = 50Hz).

Fig.1 : Schéma de principe du fonctionnement de stator du moteur asynchrone

Les courants du stator créent le champ magnétique tournant à la vitesse angulaires, appelée vitesse de synchronisme,

et donnée par :

Ωs :vitesse synchrone de rotation du champ tournant en rad/s.

pulsation des courants alternatifs en rad/s => ω=2.π.f

p : nombre de paires de pôles.

2.2- Le rotor est l’induit

Le rotor n’est relié à aucune alimentation. Il tourne à la vitesse de rotation Ω (< Ω s). Les conducteurs de rotor peuvent être constitués par un ensemble de bobinages (rotor bobiné) ou bien une cage d’écureuil :

➱ Rotor à cage d’écureuil : Il est constitué de barres conductrices très souvent en aluminium. Les

extrémités de ces barres sont réunies par deux couronnes également conductrices. On dit que le rotor est en court circuit. Sa résistance électrique est très faible.

➱ Rotor bobiné : Les tôles de ce rotor sont munies d’encoches où sont placés des conducteurs formant des

bobinages. On peut accéder à ces bobinages par l’intermédiaire de trois bagues et trois balais. Ce dispositif permet de modifier les propriétés électromécaniques du moteur.

2.3- Symboles électriques

Les symboles électriques du moteur asynchrone dans le cas d’un rotor bobiné et dans celui d’un rotor à cage

d’écureuil sont reportés sur la figure suivante :

Fig. 2 : Symboles électriques du moteur asynchrone à rotor bobiné (a) 

et à cage d’écureuil (b).

3- Fonctionnement du moteur asynchrone

3.1- Glissement

La différence de vitesse de rotation entre l’arbre du moteur et le champ tournant statorique est appelée le

glissement, nous le noterons g. Le glissement dépend de la charge mécanique du moteur : plus le moteur doit délivrer

un couple important, plus le rotor glisse.

Le glissement est défini par les vitesses de synchronismes et du rotor selon la relation :

3.2- Fonctionnement à vide

A vide le moteur n’entraîne pas de charge => le glissement est nul est le moteur tourne à la vitesse de synchronisme.

3.3 - Fonctionnement en charge

Lorsque l’on charge le moteur, c’est à dire lorsqu’on lui demande de fournir un effort mécanique, la

consommation de puissance active augmente et le stator absorbe un courant actif.

Remarque : Le moteur asynchrone est capable de démarrer en charge

3.4- Caractéristiques mécaniques

   Nous avons reporté sur la Figure 3 l’allure de la caractéristique du couple utile d’un moteur asynchrone en

fonction de la vitesse de rotation et du glissement : Tᵤ = ƒ(n) , où Tᵤ  est un couple utile.

Fig. 3 : Allure du couple utile Tu d’un moteur asynchrone en fonction de la vitesse de rotation du rotor n et du glissement g. La valeur Tn est celle du couple nominal.

     Nous avons repéré la zone de fonctionnement du moteur asynchrone, c’est à dire les conditions de vitesse, de glissement et de couple dans lesquelles le moteur va travailler après avoir démarré. Celle-ci se trouve dans la zone des valeurs élevées de n, c’est à dire pour les faibles valeurs du glissement g. Nous pouvons remarquer que, dans ce régime, la vitesse varie peu en fonction de la charge, et que l’on peut approcher la caractéristique Tu (n) par une droite, de sorte que :

Tᵤ = a. n + b , a et b sont de constantes

 3.5- Point de fonctionnement du moteur en charge    

               

  C’est le point d’intersection des caractéristiques

T = f(n) du moteur et de la charge.

Tᵤ  : couple utile du moteur

Tᵣ : couple résistant

La courbe du couple résistant dépend de la charge.

➱ Deux méthodes de résolution : - graphique

                                                      -Par le calcul

4- Branchement d’un moteur asynchrone triphasé sur le réseau

4.1- Couplage du stator

Le problème consiste à adapter le bobinage du moteur à la nature du réseau sur lequel il sera branché.

La plaque signalétique poinçonnée visible sur le corps du moteur indique principalement la tension que peut

supporter chaque bobine.

Les indications portées sur la plaque signalétique du moteur asynchrone triphasé disponible au laboratoire sont :

• La plus petite tension inscrite sur la plaque signalétique du moteur représente la tension nominale qui peut

supporter un enroulement du stator. Suivant le réseau triphasé utilisé, le couplage sera en étoile ou en triangle.

En se référant à la plaque signalétique ci-dessus, compléter :

 Chaque enroulement du stator peut supporter une tension de ..............................................................

4.2- Inversion du sens de rotation

Pour inverser le sens de rotation d’un moteur asynchrone triphasé, il suffit d’inverser (permuter) deux fils

d’alimentation du moteur.

5- Bilan énergétique d’un moteur asynchrone triphasé

5.1- Schéma explicatif

 5.2 - Bilan des puissances et des pertes
Le bilan des puissances et des pertes dans un moteur asynchrone est reporté sur la figure suivante :

• Puissance absorbée : Pa = ..................................................................................................................

• Puissance transmise : Ptr = ................................................................................................................

• Pertes par effet Joule dans le stator :

➱ R étant la résistance d’un enroulement du stator

En étoile : Pjs = ........................................           En triangle : Pjs = ...............................................

➱   r étant la résistance mesurée entre deux bornes du stator

En étoile    : r = ...................... ⇒ R = ........................... et Pjs = ............................................................

En triangle  : r = ................. = ................... = .................. ➱  R = ............... et Pjs = .............................

• Pertes par effet Joule dans le rotor : Pjr = .............................................................................................
•Pertes fer dans le stator : Pfs
•Pertes mécaniques : Pm
•Puissance utile : Pu = .............................................................................................................................
•Rendement : = .......................................................................................................................................

5.3 - Couples

• Couple électromagnétique (transmis) : Tem = ....................................................................................
• Couple utile : Tu = ...............................................................................................................................

5.4 - Détermination des pertes constantes

Les pertes constantes Pc, aussi appelées pertes collectives, regroupent les pertes fer et les pertes rotationnelles. Pour les déterminer, on réalise un essai à vide.

Or, à vide, le glissement est nul : g0 = 0 et donc Pᴶᴿᴼ = 0. De plus, toujours à vide, le moteur ne délivre pas de puissance utile et donc Pᵤo = 0.

Exemple : Un moteur asynchrone triphasé hexapolaire, alimenté par un réseau 133/230V- 50 Hz, il absorbe un courant de 25A avec un facteur de puissance cos  φ =0.8 , son glissement est g=4%. La résistance mesurée entre deux phases du stator est r =0.2 Ω . Les pertes fer dans le stator sont Pfs=233.5W et les pertes mécaniques sont 312W.
Calculer :

La puissance absorbée Pa :…………………………………………………………............
La fréquence de synchronisme ns.…………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………....
La fréquence de rotation du rotor.
………………………………………………………………………………………….........
Les pertes par effet joule dans le stator.
…………………………………….…………………………………………………………
La puissance transmise :
...............................................................................................................................................
Les pertes par effet joule dans le rotor.
…………………………………………………………………………………..................
Le couple électromagnétique.
………………………………………………………………………………………………
Le rendement.
………………………………………………………………………………………………

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