1. Le moteur asynchrone
Électricité 2 — Électrotechnique
Christophe Palermo
IUT de Montpellier
Département Mesures Physiques
&
Institut d’Electronique du Sud
Université Montpellier 2
Web : http://palermo.wordpress.com
e-mail : cpalermo@um2.fr
Année Universitaire 2010–2011
MONTPELLIER

2. Plan
1 Présentation
Définition et intérêts
Principe de fonctionnement
2 Technologie du moteur asynchrone
Les circuits électriques
3 Fonctionnement du moteur asynchrone
Glissement
Fonctionnement à vide
Fonctionnement en charge
Bilan des puissances
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3. Présentation
Plan
1 Présentation
Définition et intérêts
Principe de fonctionnement
2 Technologie du moteur asynchrone
Les circuits électriques
3 Fonctionnement du moteur asynchrone
Glissement
Fonctionnement à vide
Fonctionnement en charge
Bilan des puissances
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4. Présentation Définition et intérêts
Le moteur asynchrone
Définition
Le moteur asynchrone est une machine tournante fonctionnant avec du
courant alternatif et ayant un induit en court-circuit.
Avantages :
Facile à fabriquer
Pas de collecteur
moins d’entretien et d’usure
Robuste
Inconvénient : difficile à commander en forte puissance
Réversibilité : Machine asynchrone
Moteur asynchrone ←→ Génératrice hypersynchrone
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5. Présentation Définition et intérêts
Où trouve-t-on ces machines ?
Moteur asynchrone triphasé : forte puissance
Trans-Manche Super Train (TGV Eurostar)
Propulsion de navires
Moteur asynchrone monophasé : faible puissance
Utilisation domestique : climatisations, réfrigérateurs, ventilateurs,
lave-linge, etc.
Génératrice hypersynchrone : production d’énergie
Éoliennes modernes
Freinage par récupération
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6. Présentation Principe de fonctionnement
Principe de fonctionnement
Alternateur synchrone :
3 bobines décalées de 120˚+ champ tournant = système triphasé
Moteur asynchrone : c’est l’inverse !
3 bobines décalées de 120˚+ système triphasé = champ tournant
Voir animation du champ tournant
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7. Présentation Principe de fonctionnement
Schéma de principe
Dans le champ tournant : on place un conducteur court-circuité
enroulements
du stator
B
champ
tournant
rotor métallique
conducteur
dφ/dt = 0 =⇒ f.é.m + courant I (Faraday)
Présence de B et de I =⇒ Mouvement (Laplace)
Le conducteur poursuit le champ mais tourne moins vite (asynchrone)
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8. Technologie du moteur asynchrone
Plan
1 Présentation
Définition et intérêts
Principe de fonctionnement
2 Technologie du moteur asynchrone
Les circuits électriques
3 Fonctionnement du moteur asynchrone
Glissement
Fonctionnement à vide
Fonctionnement en charge
Bilan des puissances
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9. Technologie du moteur asynchrone Les circuits électriques
Le stator est l’inducteur
Élément mécanique statique = élément électrique inducteur
Stator relié au réseau triphasé
Bobinages :
Décalés de 2π/3 dans l’espace
Alimenté par des courants triphasés
Création du champ tourant
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10. Technologie du moteur asynchrone Les circuits électriques
Vitesse du champ tournant
Vitesse de synchronisme ns ou Ωs
Dépend de la fréquence du réseau f ou ω
Dépend du nombre de paires de pôles p (comme dans l’alternateur)
Ωs f
ns = =
2π p
Attention aux unités :
S.I. : tr/s ou rad/s
Usuellement : tr/min ou rad/min
Vitesse de synchronisme sur le réseau EDF : réseau 50 Hz
p = 1 =⇒ ns = 50 tr/s = 3000 tr/min
p = 2 =⇒ ns = 25 tr/s = 1500 tr/min
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11. Technologie du moteur asynchrone Les circuits électriques
Le rotor est l’induit
Il n’est pas relié au réseau, ni à aucune alimentation électrique
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12. Technologie du moteur asynchrone Les circuits électriques
Le rotor est l’induit
Il n’est pas relié au réseau, ni à aucune alimentation électrique
Conducteurs en court-circuit
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13. Technologie du moteur asynchrone Les circuits électriques
Le rotor est l’induit
Il n’est pas relié au réseau, ni à aucune alimentation électrique
Conducteurs en court-circuit
Moteur au démarrage : le rotor est immobile, le champ tourne
Flux magnétique variable
Faraday : induction d’une f.é.m et donc de courants rotoriques
Force de Laplace : les courants rotoriques et le flux magnétique
interagissent
Le rotor tourne (il est libre de le faire) =⇒ déploiement d’un couple
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14. Technologie du moteur asynchrone Les circuits électriques
Le rotor est l’induit
Il n’est pas relié au réseau, ni à aucune alimentation électrique
Conducteurs en court-circuit
Moteur au démarrage : le rotor est immobile, le champ tourne
Flux magnétique variable
Faraday : induction d’une f.é.m et donc de courants rotoriques
Force de Laplace : les courants rotoriques et le flux magnétique
interagissent
Le rotor tourne (il est libre de le faire) =⇒ déploiement d’un couple
Le rotor en mouvement : glissement
Moteur : le rotor poursuit le champ magnétique mais ne le rattrape
jamais =⇒ vitesse n < ns
Génératrice : le rotor tourne plus vite que le champ =⇒ n > ns
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15. Technologie du moteur asynchrone Les circuits électriques
Le rotor
Il n’est pas relié au réseau
Conducteurs en court-circuit
Rotor bobiné :
Contrôle des caractéristiques
d’induit
Bagues et balais : entretien +
coût
Pas la meilleure solution
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16. Technologie du moteur asynchrone Les circuits électriques
Le rotor
Cage d’écureuil :
Pas de contrôle de la
résistance d’induit
Il n’est pas relié au réseau Pas d’entretien et peu cher
Conducteurs en court-circuit Enroulements court-circuités
Rotor bobiné : de forte section
Contrôle des caractéristiques
d’induit
Bagues et balais : entretien +
coût
Pas la meilleure solution
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17. Technologie du moteur asynchrone Les circuits électriques
Symboles électriques
(a) : rotor bobiné
(b) : rotor à cage d’écureuil
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18. Fonctionnement du moteur asynchrone
Plan
1 Présentation
Définition et intérêts
Principe de fonctionnement
2 Technologie du moteur asynchrone
Les circuits électriques
3 Fonctionnement du moteur asynchrone
Glissement
Fonctionnement à vide
Fonctionnement en charge
Bilan des puissances
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19. Fonctionnement du moteur asynchrone Glissement
Glissement
Le rotor glisse
Il “glisse” sur le champ magnétique
n < ns en mode moteur : le rotor va toujours moins vite que le
champ
Le glissement
Ωs − Ω ns − n
g= =
Ωs ns
g est donné en %
g ≤ 20% ... au delà le moteur cale ...
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20. Fonctionnement du moteur asynchrone Fonctionnement à vide
Moteur à vide
À vide :
Le moteur n’est pas chargé mécaniquement
Il est inutile : Pu0 = 0
Il a un rendement nul η = 0
On supposera, pour simplifier, que :
n0 = ns
g0 = 0
cos ϕ0 est petit :
puissance essentiellement réactive
magnétisation
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21. Fonctionnement du moteur asynchrone Fonctionnement en charge
Fonctionnement en charge
Fonctionnement : zone linéaire Tu = an + b = kg
Démarrage en charge possible
n < 0,8 ns =⇒ le moteur cale
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22. Fonctionnement du moteur asynchrone Fonctionnement en charge
Quelques caractéristiques de charge – 1/2
Tu
point de décrochage zone de
2,5 Tn fonctionnement
Tu
point de décrochage
2 Tn
2,5 Tn
démarrage
1,5 Tn n2
2 Tn
démarrage Tn
1,5 Tn
n 0,5 Tn
Tn à vide
0 n
0,5 Tn 0 nd nn ns
à vide
g
0 n 1 0
0 nd nn ns
g Tu
1 0
2,5 Tn point de décrochage
Charges en : 2 Tn
démarrage
n (pompe) 1,5 Tn
Tu=cte
n2 (ventilateur) Tn
Tu = cte (ascenseur) 0,5 Tn
à vide
0 n
Le moteur les entraîne 0 nd nn ns
g
1 0
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23. Fonctionnement du moteur asynchrone Fonctionnement en charge
Quelques caractéristiques de charge – 2/2
Tu n2
point de décrochage zone de
2,5 Tn fonctionnement
2 Tn
démarrage
Charge en n2 : 1,5 Tn
Tn
Le moteur peut démarrer
Point de fonctionnement avec 0,5 Tn
à vide
n < nd 0
0 nd nn ns
n
Le moteur cale g
1 0
Tu
2,5 Tn point de décrochage
2 Tn
démarrage
1,5 Tn Tu=cte
Tn
0,5 Tn
à vide
0 n
0 nd nn ns
g
1 0
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24. Fonctionnement du moteur asynchrone Fonctionnement en charge
Quelques caractéristiques de charge – 2/2
Tu n2
point de décrochage zone de
2,5 Tn fonctionnement
2 Tn
démarrage
Charge en n2 : 1,5 Tn
Tn
Le moteur peut démarrer
Point de fonctionnement avec 0,5 Tn
à vide
n < nd 0
0 nd nn ns
n
Le moteur cale g
1 0
Tu
2,5 Tn point de décrochage
Charge en Tu = cte
2 Tn
Le moteur pourrait l’entraîner démarrage
1,5 Tn Tu=cte
en fonctionnement
Tn
En l’état, le moteur ne peut
0,5 Tn
pas démarrer à vide
0 n
0 nd nn ns
g
1 0
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25. Fonctionnement du moteur asynchrone Bilan des puissances
Bilan des puissances et des pertes
Pertes = Puissances actives
Bilan dans le moteur asynchrone
RESEAU
Puissance électrique
absorbée Pa
STATOR = inducteur
Pertes Joule au Pertes fer Puissance transmise
stator PJS Pf à l'entrefer Ptr
ROTOR = induit
Pertes Joule au Puissance
rotor PJR électromagnétique Pem
Pertes mécaniques Puissance mécanique
rotationelles Prot utile Pu
CHARGE
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26. Fonctionnement du moteur asynchrone Bilan des puissances
Pertes constantes
Se mesurent à vide
Pc = Pa0 − PJS0 = Pfer + Prot
En TP : mesure de Pa0 avec la méthode des deux wattmètres
Les autres pertes se calculent toutes
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27. Fonctionnement du moteur asynchrone Bilan des puissances
Plaque signalétique
Grandeurs nominales
Fonctionnement du moteur prévu par le constructeur, meilleures
performances
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