Étude du moteur asynchrone triphasé
Constitution du moteur asynchrone
Un champ magnétique tournant produit la rotation d’un disque non magnétique et sa vitesse est inférieure à celle du champ.
Le stator est constitué de trois enroulements alimentés en triphasé et produisent un champ magnétique tournant à la fréquence de rotation:
Les enroulements du stator sont couplés soit en étoile, soit en triangle.
Le rotor tourne moins vite que le champ tournant du stator.
Dans les encoches se trouvent des conducteurs en cuivre ou en aluminium.
L’enroulement rotorique n’est relié à aucune source extérieure, il est fermé sur lui-même, donc en court-circuit.
Les seules courants qui le traversent sont les courants de Foucault induits par la rotation du champ statorique.
Notion de glissement
Définition :
Le rotor tourne moins vite que le champ tournant, c’est donc un déplacement relatif.
Sa
vitesse est n’<n et
.
On dit que le rotor glisse par rapport au champ.
La vitesse angulaire relative du champ par rapport au rotor est la vitesse angulaire de glissement.
ng = n – n’
Définition:
On appelle glissement d’un moteur asynchrone le rapport de la vitesse de glissement à la vitesse de synchronisme.
Soit:
g est souvent exprimé en %.
Autre définition:
Le glissement est aussi le rapport des fréquences des courants rotorique et statorique:
fr: fréquence des courants rotoriques
f: fréquence de courants statoriques
Champ tournant du rotor:
Les
courants rotoriques produisent à leur tour un champ tournant à
la vitesse
par
rapport au rotor.
Cette vitesse par rapport au stator est:
Le champ rotorique tourne à la vitesse de synchronisme dans le même sens que le champ du stator.
Couple développé dans les moteurs asynchrones triphasés
Rotor en cage d’écureuil:
Il est constitué de barres métalliques identiques parallèles ou non à l’axe du rotor.
De chaque côté, les extrémités de ces barres sont réunies entre elles par des couronnes métalliques peu résistives.
L’ensemble forme donc une cage, appelée cage d’écureuil.
Propriétés des pôles rotoriques:
Sur l’ensemble de la périphérie du rotor, il y a nécessairement autant de pôles que sur le stator.
En effet, ce sont des pôles induits, indépendamment de la constitution du rotor.
Ces pôles tournent au synchronisme.
Le rotor glisse donc par rapport à ses propres pôles.
Ce glissement provoque une perte de puissance (et d’énergie) qui lui est proportionnelle.
L’attraction entre pôles statoriques et rotoriques développe le couple moteur, ce couple est le couple électromagnétique Tem.
Les limites du moteur asynchrone à cage d’écureuil se situe lors du démarrage où le couple et/ou le courant ne sont pas raisonnables.
Ce type de moteur est utilisé pour les petites puissances ou pour des puissances élevées n’ayant pas besoin de démarrer à pleine charge.
Rotor bobiné:
Il peut, théoriquement, être quelconque mais il est préférable qu’il soit triphasé.
Les trois enroulements peuvent être couplés en étoile ou en triangle, leurs extrémités sont réunies à trois bagues sur lesquelles frottent des balais.
Puissance et couple
Bilan énergétique:
Puissance absorbée
Pertes par effet Joule dans le stator
en étoile: pjs = 3RI²
en triangle: pjs = 3RJ² = RI²
si r est la résistance mesurée entre deux bornes quelque soit le couplage,
pjs =3/2.rI²
dans le rotor : pjr
Autres pertes
les pertes fer dans le stator sont pratiquement indépendantes de la charge;
les pertes fer dans le rotor sont négligeables puisque la fréquence des courants rotoriques est très faible;
les pertes mécaniques sont pratiquement indépendantes de la charge.
Puissance utile:
Puissance transmise au rotor:
Ptr = Pa – pjs – pfs
Cette puissance est transmise au rotor par le couple électromagnétique développé grâce au champ tournant, on a donc:
Ce
couple est aussi celui du rotor qui tourne à la vitesse
.
La puissance restante, sous forme mécanique est donc:
La transmission de la puissance du stator au rotor se fait avec perte de vitesse mais sans diminution du couple.
Pertes par effet Joule dans le rotor:
La différence des deux puissances est perdue par effet Joule dans le rotor à cause du glissement:
sachant
que :
alors,
Les pertes par effet Joule dans le rotor sont égales au produit de la puissance transmise par le glissement.
Puissance utile:
La puissance utile est la puissance mécanique disponible sur l'arbre du moteur :
Pu = Pa – pertes = Pa – Pjs – Pfs – Pjr - Pm
Rendement:
