INTRODUCTI

ON

GENERATRI
CE
Dynamo
11/07/2007
Alternateur

MOTEUR

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

INTRODUCTI
W
Soit une Force F exerce sur
ON
GENERAT
conducteur L plac dans un

Wmc

elec

RICE

champ magntique B
Rappel 1: tout conducteur se dplace dans
un champ magntique est le sige dune
f..m. E, dont le sens est donn par la rgle
des trois doigts de la main gauche
V : vitesse de
dplacement du
conducteur (m/s)

L
B

E=B
Branchant
un rcepteur R aux
L
V
bornes du conducteur , un

courant
circulera
Rappel
2: Itout
conducteur travers par un
courant I et plac dans un champ
magntique B est soumis une force
lectromagntique F , dont le sens est donn
par la rgle des trois doigts de la main droite

F=BI

LF V = B I L
R
11/07/2007

un

V
FV:

F=F

convers
ion

Puissance
mcanique
Cours Machines Asynchrones
REBHI

Si V =
cte

B.

FV=
FV

FV=E
IE I: puissance
lectrique

Welec

INTRODUCTI
W
un un conducteur L , aliment
ON Soit
MOTE
par une tension U (donc travers
mc

UR

par un courant I) et plac dans un

Rappel
2: magntique
tout conducteurBtravers par un
champ

courant I et plac dans un champ magntique

B est soumis une force lectromagntique F
, dont le sens est donn par la rgle des trois
doigts de la main droite

La force F fait bouger le

Rappel
1: tout conducteur
se dplace dans
conducteur
L

L
B

U
11/07/2007

un champ magntique est le sige dune

f..m. E, dont le sens est donn par la rgle
des trois doigts de la main gauche

E est oppos U
U=E+
r : rsistance du
conducteur
multipliant par
U I r=I E I +
I: E=
avec
U I r=I2B L V I + r I2
BLV
et BLI= F

U I:

UI =FV
+ r I2
conversi
F V:
on
puissance
mcanique

Puissance
lectrique

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

r I2 : pertes
3

11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

Un peut
dhistoire
Le moteur asynchrone
:

Le principal point faible des moteurs lectriques courant continu a

toujours t le systme mcanique collecteur-balais, cher et fragile,
source de pannes frquentes.
Cherchant concevoir un moteur lectrique sans collecteur Tesla
dcouvrit en 1882 les champs magntiques tournants engendrs par un
systme de courants polyphass.
En 1883 il construisit son premier moteur champ magntique
tournant.
Dans ce genre de moteur, dit induction, le stator comprend des
bobines fixes et rgulirement disposes qui engendrent un champ
magntique tournant lorsqu'elles sont parcourues par les diverses
"phases".
Le champ tournant induit des courants dans un rotor ; l'interaction du
champ magntique et des courants du rotor exerce sur celui-ci un
couple qui tend lui faire rattraper le champ tournant.
Si le rotor tournait la mme vitesse que le champ statorique il n'y
aurait plus de courants induits, donc plus de couple. En rgime normal
le rotor tourne donc une vitesse infrieure au synchronisme d'o son
autre nom de moteur asynchrone.
Ne ncessitant que trs peu d'entretien les moteurs asynchrones sont
de loin les plus employsCours
dans
l'industrie.
Machines Asynchrones
B.
11/07/2007
Leur seul dsavantage par rapportREBHI
aux moteurs courant continu se 5

CHAMPS TOURNANTS:
tournant

par aimant

Action sur une aiguille

aimante:
Faisons
tourner laimant
laiguille tourne la mme vitesse que
lui, on dit quelle tourne au
synchronisme.

n=
ns

n: vitesse de laiguille,
tournant

ns: vitesse du champ

Lattraction mutuelle des ples de

noms contraires explique ce
phnomne.

Nord
Aiguille
aimante

11/07/2007

Sud

Ainsi un champ tournant peut

entrainer la mme vitesse que lui
un aimant ou un lectroaimant:
Nous avons l le principe du

moteur synchrone.

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

CHAMPS TOURNANTS:
tournant

par aimant

Action sur un conducteur:

Le champ tournant induit un courant
dans le conducteur. Linteraction
entre ce courant et le champ cre
une force dont le sens est donn par
la rgle des trois doigts de la main
droite.
Cest le principe du moteur

asynchrone

11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

n<
ns

Principe de fonctionnement
Le principe de fonctionnement d'un moteur asynchrone repose :
D'une part sur la cration d'un courant lectrique induit dans un conducteur plac
dans un champ magntique tournant. Le conducteur en question est un des
barreaux de la cage d'cureuil ci-dessous constituant le rotor du moteur.
L'induction du courant ne peut se faire que si le conducteur est en court-circuit
(c'est le cas puisque les deux bagues latrales relient tous les barreaux).
D'autre part, sur la cration d'une force motrice sur le conducteur considr
(parcouru par un courant et plac dans un champ magntique tournant ou
variable) dont le sens est donn par la rgle des trois doigts de la main droite.
Comme montr sur le schma ci-dessus, le champs tournant , un instant donn,
est orient verticalement. En considrant deux conducteurs diamtralement
opposs, on constate que les courants induits dans ces deux conducteurs sont en
sens inverse et, associs au champ magntique, crent des forces motrices en sens
inverse. Le rotor tant libre de tourner sur son axe, les deux forces s'associent pour
imprimer aux deux conducteurs un couple permettant la rotation de la cage
d'cureuil : le moteur lectrique est invent.
Pour entretenir la rotation du moteur, il est ncessaire de faire varier soit le courant
dans les conducteurs de la cage, soit le champs magntique. Dans un moteur
asynchrone, c'est le champ magntique qui varie sous forme de champ tournant
cr dans le stator.
Au dmarrage le champ tournant balaye les conducteurs de son flux la vitesse
angulaire de synchronisme. Le rotor mis en rotation tend rattraper le champ
tournant. Pour qu'il y ait un couple entretenu au niveau des conducteurs, la
variation de flux doit tre prsente
en permanence;
ce qui signifie que si les
Cours Machines
Asynchrones
B.
11/07/2007
conducteurs tournent la vitesse de synchronisme
comme le champ tournant, 8la
REBHI

CHAMPS TOURNANTS:
tournant

par aimant

Action sur un cylindre

mtallique:

n<
ns

11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

Laimant tournant produit un champ lectromagntique qui traverse un

cylindre mtallique. Les gnratrices du cylindre places dans le champ se
comportent comme des brins actifs (AB et CD).Elles sont parcourues par un
courant I proportionnel F et engendrent des forces perpendiculaires qui
constituent le couple.

On constate que le cylindre

suit la rotation de laimant
avec un lger dcalage
appel glissement.
Laimant tournant est
remplac par le stator
(lectro-aimant aliment
par un courant
alternatif).
Dans le rotor mtallique,
des barreaux de cuivre
en circuit ferm sont
insrs, pour canaliser
les courants induits.Cours Machines Asynchrones
11/07/2007

REBHI

B.

10

CHAMPS
en triphas
TOURNANTS:
3 enroulements placs 120
lune de lautre, aliments par une
source triphas

ns
12 = f
0

ns: vitesse
du champ
f:
frequence
du rseau

120

120
11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

11

CHAMPS
TOURNANTS:

en
triphas

ns =
fn : vitesse du champ
s

tournant

: frequence
11/07/2007
rseau

Cours Machines Asynchrones

de la tension
REBHI

B.

12

CHAMPS
TOURNANTS:

11/07/2007

en triphas

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

13

11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

14

VITESSE DU CHAMP
Dans un moteur triphas les enroulements sont au nombre minimum de trois dcals l'un
de l'autre deTOURNANT
120 comme le montre le schma ci-dessous.

Influence du nombre de paires de ples sur la vitesse de rotation et de la forme du champ statorique
rsultant.
Lorsque les enroulements du stator sont parcourus par un courant triphas, ceux-ci
produisent un champs magntique tournant la vitesse de synchronisme. La vitesse de
synchronisme est fonction de la frquence du rseau d'alimentation (50 Hz en Europe) et
du nombre de paire de ples. Vu que la frquence est fixe, la vitesse de rotation du champ
tournant du moteur ne peut varier qu'en fonction du nombre de paires de ples.

ns = f / p

en

tours/seconde

ns = 60 f / P

en

tours/minute
avec:
ns : la vitesse du champ tournant
Paires du
de rseau
ples
f : la frquence
Nombre
plesde ples
p : le nombre
de de
paires
ns[tr/min]
11/07/2007

1
2

2
4

3
6

4
8

3000

1500

1000

750

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

15

ORGANISATION
STATO
R
ROTO
R

11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

16

STATOR

ORGANISATI
ON

Le stator d'un moteur triphas (le plus courant en moyenne et grosse puissance), comme son nom
l'indique, est la partie statique du moteur asynchrone. Il se compose principalement :
de la carcasse, des paliers, des flasques de palier, du ventilateur refroidissant le moteur, le capot
protgeant le ventilateur.

L'intrieur du stator comprend essentiellement :

un noyau en fer feuillet de manire canaliser le flux magntique,
Les 3 enroulements (ou bobinage en cuivre) des trois phases logs dans les encoches
du noyau.
Dans un moteur triphas les enroulements sont au nombre minimum de trois dcals
l'un
de l'autre
de 120 comme
le montre
le schmapar
ci-dessous.
Lorsque
les enroulements
du stator
sont aliments
une source triphas, ceux-ci
produisent un champs magntique tournant la vitesse de synchronisme. La
vitesse de synchronisme est fonction de la frquence du rseau d'alimentation (50Hz en
Europe) et du nombre de paire de ples.

11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

17

ROTOR
( bagues)

Le moteur asynchrone cage ne permet pas davoir simultanment un

bon couple de dmarrage et un courant de dmarrage raisonnable,
Il nest donc utilis que pour les petits moteurs et pour les gros moteurs
nayant pas besoin de dmarrer avec leur pleine charge
11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

18

ROTOR

ORGANISAT
ION

Le rotor est la partie mobile du moteur asynchrone. Coupl mcaniquement un treuil

d'ascenseur par exemple, il va crer un couple moteur capable de fournir un travail de
monte et de descente de la cabine d'ascenseur. Il se compose essentiellement :
- D'un empilage de disques minces isols entre eux et clavets sur l'arbre du rotor afin
de canaliser et de faciliter le passage du flux magntique.
- D'une cage d'cureuil en
aluminium coul dont les
barreaux sont de forme
trapzodale pour les moteurs
asynchrones standards et ferms
latralement par deux "flasques"
conductrices.

-De 3
enroulements
Coupls en etoile et
leurs extremits sont
soudes 3 bagues sur
les quelles vont frotter
3 balais.

11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

19

11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

20

ORGANISATI
ON

11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

21

ORGANISATION
Bague(cu
ivre)
Isolant
Larbre
Fil

11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

22

COUPLAGE

Alimentation triphase
Distribution :3 phases 1,2,3 ou A,B,C ou R,S,T
et un neutre N

V : Tensions simples

11/07/2007

U : Tensions composes

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

23

COUPLAGE

v1 (t ) V 2 sin t
2
v2 (t ) V 2 sin t

v3 (t ) V 2 sin t

11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

24

COUPLAGE

Relation entre U et V

U V 3

11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

25

COUPLAGE

11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

26

Le couplage

11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

27

11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

28

Le couplage
La plus petite tension inscrite sur la plaque signaltique du moteur doit
se retrouver aux bornes d'un enroulement. Suivant le rseau triphas
utilis, le couplage sera en toile ou en triangle.
Exemples :
Rseau
127 V/230V
230 V / 400
V
400 V / 660
V

Moteur 127
V/230 V
Etoile

Moteur 230 V /
400 V
Triangle

Moteur 400 V/
660 V
Aucun

Aucun

Etoile

Triangle

Aucun

Aucun

Etoile

REGLE: Si la petite tension du moteur (c'est dire la tension max

supporte par un enroulement du stator) est gale la tension simple
du rseau, le stator sera coupl en toile , et si elle correspond la
tension compose du rseau, on couple le stator en triangle.
11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

29

PLAQUE SIGNALITIQUE

11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

30

Plaque signaltique

11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

31

Plaque signaltique (suite)

Si on travaille sur une installation de 400 V (tension
entre phases), il faudra coupler le stator en toile.
Si on travaille sur une installation de 230 V , il faudra
coupler le stator en triangle.
Dans le cas d'un couplage triangle ():U=230V
Le courant de ligne est I = 57 A ; cos= 0,88
Pa = U.I.3.cos = 230x57x3.0,88 = 20kW.
Dans le cas d'un couplage toile (Y): U = 400 V ; Le courant de ligne est I = 33 A ;
cos = 0,88 .
Pa = U.I.3.cos = 400x33x3.0,88 = 20kW.
Pa = 20 kW
Ce qui conduit un rendement au point de fonctionnement nominal : = Pu/Pa
17kW / 20 kW
= 0,85.
Et au mme point de fonctionnement, le moment du couple utile
Cu = Pu/ =Pu/ (2n/60)
Cu = 17 000/(2. 1427 /60)= 114 N.m
Cu = 114 N.m
La frquence de synchronisme est 1500 tr/min ==> p =2 ==> g = (ns-n)/ns
g= (1500 - 1427)/1500 = 4.9%
g = 4.9%
Cours Machines Asynchrones
B.
11/07/2007

REBHI

32

Glissement
Comme on l'a vu au niveau du principe de fonctionnement d'un moteur asynchrone, la
vitesse de rotation de l'arbre du moteur n est diffrente de la vitesse de synchronisme
ns (vitesse du champ tournant).
la vitesse du glissement ng reprsente la diffrence de vitesse de rotation entre
l'arbre du moteur et le champ tournant du stator; il s'exprime par la relation suivante:

ng=nsn

On appelle

glissement:

avec,
ns = vitesse du champ
tournant.
n = vitesse de rotation de
g = (l'arbre.
ns

n ) / ns

Le glissement est gnralement exprim en

pourcentage de la vitesse de synchronisme ns.

g=(ns- n)/ ns
[%]

100

Frquence du courant rotorique, tout se passe pour le rotor comme sil

tait fixe et que le champ statorique tourne par rapport lui la vitesse de
glissement ng = g . ns. Le stator produit dans le rotor des courants induits la
pulsation : g = g . s soit la frquence fg=g.fs

et

g
11/07/2007

fr = f

Exemple: pour un moteur aliment

par un rseau f=50Hz et dont
nN=1450 tr/min g=0.03 ou g= 3%
et
fr=1.5Hz

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

33

BILAN ENERGETIQUE

P
P

STATO
R

Pertes

Pa

Pjs

Ptr= C s

Pjr

Pm

Cu

Pa: puissance lectrique absorbe, Pu:

c
puissance utile mcanique, Ptr:puissance
transmise au rotor, Pjs:pertes joules stator,
Pfs:pertes dans le fer stator, Pjr:pertes joules
rotor, Pmc:pertes mcaniques,
C:couple
Cours
Machines Asynchrones
11/07/2007
REBHI
lectromagntique, Cu: couple utile sur

ROTOR

Perte
s

Pf

Pu
B.

34

BILAN ENERGETIQUE
Puissance absorbe : Pa =U.I.3.cos (puissance
lectrique en W) Courant de ligne en (A), cos :
facteur
de puissance
moteur
Pertes par
effet Joule du
statorique:
Si Rs est la rsistanced'un enroulement:
dans ce cas il faut
couplage
en toile:
pjs = du stator
tenir compte
du couplage
couplage
en triangle:pjs = 3.Rs.J =
3.Rs.I
Rs.I
,(avec
j=I/3)
Si
Rs est
la rsistancemesure
entre deux
Pjs = 3/2.Rs.I
bornes
de phases:
Pertes magntiques (les pertes dans le fer
js
du stator):
pfs = Constante (ne dependent pas de la
Puissance
transmise au rotor : Ptr =
charge)
f
Pertes par effet Joule

Pa

Pertes

Pa - pjs pfs
pjr = c s-: c = c (s ) s/s =Ptr g
rotorique
Pertes
mcaniques :
s
pjr =Ptr g
Pjr
pmc= Constante (ne dependent pas
Puissance
utile : Pu = Cu . et aussi par Pu
de la charge)
= Rendement
Ptr - pjr - pmc:
Pm
= Pu/ Pa
c
Essai vide ( Cu = 0 et n ns) : on a alors
Essai
en charge : C = Pu / = Cr en
p
mc+ pfs= Pa0 - pjs0 u
rgime
permanent Cours Machines Asynchrones B.
11/07/2007
REBHI

Ptr= C s
C
Cu

Pu

35

MODELE
STAT
OR

Transformat
eur

ROT
OR

U2/U1 = N2/N1
=I1/I2= m
11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

36

MODELE
Fonctionnement rotor
ouvert1 -

U2 = m
2 en rotation : U1
U2 = m g
U1
3 au synchronisme :
U2 = 0
larrt :

onctionnement rotor ferm

R2, rsistance
X2, ractance du rotor
X2= L2 x 2f2
avec : f2=f1 x g
X2= L2 x 2f1x g
X2= X2 x g
11/07/2007

m g U1

g=
1

g=
0
j
gX2

m g U1 = I2 (R2 +
jgX2) B.
Cours Machines Asynchrones
REBHI

37

MODELE
Le
courant

I2 = m g U1 / (R22 +
2
X

)
2
g

au dmarrage

I
II

=1
aprs le dmarrage

dmarrage

g = 0.03

Fonctionnement normal

g=0.03 pour un moteur n=

1450 tr/min
Idmarrage

normal
dmarrage

>>

= de

8 In
Inomina
l

11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

I vide
38

MODELE

Le
Ngligeant
Couple: toutes les pertes , sauf les pertes joules rotorique,
Pjr = Ptr
g
C=P /
tr

s
C: couple

C = R2 I 22/
Pjr = R2
gsI = m g U / (R 2 + X 2)
2
avec
I
2
1
2
2
2
C = Pjr / gs
C/C
N

lectromagntiqu
e
Cd: couple au
dmarrage
Cmax: couple
maximum
CN: couple
nominale

11/07/2007

C = R2 m2 g U12 / s (R22 + X2
Cmax

Cd

CN

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

39

Modlisation de la machine
asynchrone

Rotor bloqu
Les enroulements du stator sont en regard des enroulements du rotor sur un
mme circuit magntique, comme pour un transformateur. Le modle du
transformateur est donc exploitable. La machine est triphase, mais on
considre le modle pour un seul bobinage du stator et du rotor.

Notons que le paramtre Lm est beaucoup plus faible que pour un transformateur de puissance
comparable cause de l'entrefer de la machine asynchrone. Il y a ncessairement un jeu entre
rotor et stator de quelques 1/10 de mm pour les machines de faible puissance (1kW) quelques
mm pour plus les grandes puissances (1MW).
11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

40

Rotor tournant
La frquence des variations de flux au rotor dpend du glissement fr = g.f
Cette frquence variable a un effet direct sur l'impdance lie lf2 et sur
l'amplitude du gnrateur de tension au rotor e2 = g.m.v1

L'utilisation du modle est plus commode si les variables sont directement

accessibles l'extrieur de la machine(tension, courant et frquence du
stator) :

R doit mettre en jeu 1/3 de la puissance transmise et X doit produire le mme

dphasage entre V1 et i'1 que dans le modle prcdent.
En identifiant:
2
2
2
2

g.Ptr/3 = R2.I2 = R2.I'1 /m = g.R.I'1

Il faut: R = R2/gm2

11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

41

Pour conserver la phase entre V1 et

I'1:
g.X2/R2 = X/R = X.g.m2/R2
Il faut: de
X =l'tude
X2/m2 mener il peut tre intressant de distinguer dans le
En
fonction
modle la puissance mcanique et les pertes Joule rotor.
Alors R = R'+R''(R' correspond la puissance mcanique, R'' aux pertes
Joule rotor).

Identifions les pertes Joule rotor:

3.R''I'12 = 3.R2.I22 = 3.R2.I'12/ m2
et R'' = R2/ m2
R' = R - R'' = R2.(1-g)/g. m2 = R

11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

42

Caractristique lectromcanique
Le courant de dmarrage ( g = 1)
est trs fort. Pour les fortes
puissances il est parfois ncessaire
d'utiliser un procd de dmarrage
qui rduit cet appel de courant.
Expression du couple
lectromagntique
g.Ptr = g.Cem. = 3R2.I2 o I2 = g.m.V1 / (R2
s

s).(g.R2) / (R2

s) . (R22 + g2.X22 - 2g2.X22 ) / (R22 + g2.X22 )2 = 0
si

g = gm

et

gm = R2/X2

Le couple maximum est: Cmax = (3.m2.V12/ s) / (2.X2)

Caractristique mcanique
Le domaine d'usage permanent de la
machine se situe ente Cn et Cem = 0.
Le couple maximum Cmax est de l'ordre de
2,5 3,5Cn.
La machine est rversible.
11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

43

DANGE
R

Zone
s:1,2
et3

vide
n

n :
faibl
e

I
I

coura
nt

11/07/2007

Charge
nominale
Cours Machines Asynchrones
REBHI

B.

44

Equation dune
droite:
11/07/2007

vide: n=ns ,
T=0
fonctionnement
nominal:

2
points
Cours Machines Asynchrones
REBHI

B.

(donner par la plaque

signalitique)

n = nN

T= TN

45

POINT DE
Pour connatre FONCTIONNEMENT
le point de

fonctionnement de l'ensemble
compos du moteur et de la charge
entrane, il faut connatre :
La courbe du couple utile du
moteur en fonction de sa vitesse.
La courbe du couple rsistant de
C
la machine entrane en fonction de
d
la vitesse.
Le point de fonctionnement du
C
moteur en charge est dfini par
r
l'intersection de la caractristique
mcanique
dudu
moteur
et celle
sa moteur doit tre suprieur au
Au moment
dmarrage
le de
couple
charge.
couple rsistant
Cd > Cr
Lorsque le couple moteur est suprieur au couple rsistant, la vitesse
de l'ensemble moteur-charge augmente jusqu'au point d'quilibre :
d/dt = (C Cr)/J
Remarque
:
Pour
un
rendement
optimum,
le moteur
tre J,choisi
(C,couple dvelopp par le moteur. Cr,
couple rsistant
de ladoit
charge.
linertie.
tel que son point
de
fonctionnement
N
s'approche
au
plus
prs
de
ces
,vitesse angulaire. d,acclration angulaire)
valeurs nominales.
Cours Machines Asynchrones
B.
11/07/2007

REBHI

46

Rgime
perman
ant

Rgime de
dmarrage

Tr

d/dt = (T
Tr)/J

11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

47

Le fonctionnement de la machine asynchrone en

gnratrice
Le fonctionnement en gnratrice
du moteur asynchrone se produit
lorsque la vitesse du rotor est
suprieure la vitesse du champ
tournant gnr par le courant
triphas du stator. Cette situation
se produit dans les conditions de
fonctionnement suivants :
Dans une application de levage,
lorsque la charge descend celle-ci
entraine le moteur dans ce cas
l'nergie mcanique est
transforme en nergie lectrique
et renvoye vers le rseau
Dans la plupart des applications
courantes , lorsque la rampe de
dclration du variateur de
frquence est trs courte la vitesse
du champ
tournant
est
infrieure
Beaucoup de centrales oliennes
sont
base
de
la vitesseB.de rotation du moteur
Cours Machines Asynchrones
gnratrice asynchrones
11/07/2007
48
REBHIdans ce cas aussi le moteur

DEMARRAGE
Dmarrage direct
Ce type de dmarrage est rserv aux moteurs de faible puissance
devant celle du rseau, ne ncessitant pas une mise en vitesse
progressive. Lappel de courant est important ( 4 8 fois le courant
nominal ).

2
I2 = m g U1 / (R22 + X
C2=
) R2 m2 g U12 / s (R22 + X22)

11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

49

DEMARRAGE
La pointe de courant gnre une
chute de tension dans la ligne qui est
limite par la norme.
Cette chute de tension peut dtriorer les
appareils raccords sur la mme ligne.
Le problme du dmarrage concerne donc
essentiellement la limitation de la chute
de tension des valeurs admissibles par la
norme.

I2 = m g U1 / (R22 + X
C2=
2)R2 m2 g U12 / s (R22 + X

L'tude des quations du moteur asynchrone montre qu'une diminution de

I entrane forcment

une diminution de C. I : Courant de ligne moteur C. : Couple sur larbre du moteur

Le compromis est donc:

limiter le courant pendant le dmarrage tout en conservant un couple moteur
suffisant pour assurer le dmarrage.
Pour ce faire, on peut agir sur deux facteurs influants (si le moteur est aliment par le rseau frquence
industrielle):
a) la tension d'alimentation.
b) la rsistance rotorique.
11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

50

DEMARRAGE
Dmarrage toile - triangle

Ce type de dmarrage est rserv aux

machines dmarrant vide ou dont le couple
rsistant est faible. Lintensit de dmarrage est
divise par 3, mais le couple de dmarrage aussi
(proportionnel au carr de la tension
dalimentation des enroulements).

11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

51

DEMARRAGE
Dmarrage statorique
Ce type de dmarrage a des caractristiques comparables au
dmarrage toile - triangle.
Il ny a pas de coupure de lalimentation du moteur entre les deux
temps de dmarrage.
Urseau

Umoteur = Urseau
ZI

Z
U

mote

ur

11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

52

Dmarrage rotorique

DEMARRAGE

Le courant de dmarrage est limit, sans que le couple soit rduit. Ce type de dmarrage ncessite un moteur bagues
(rotor bobin). avec :

Le couple ne dpend que du rapport R2/g.

Cmax et Cmin sont fixs par le cahier des charges, g 2 et g3 sont dtermins sur la caractristique " naturelle "
du moteur. Connaissant la valeur de la rsistance du bobinage rotorique r, on dtermine les valeurs des
rsistances de dmarrage R et R.

11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

53

DEMARRAGE

Dmarrage
lectronique:

Le
gradateur
est un montage qui
Par
gradateur
permet de faire varier la valeur de la
tension efficace aux bornes d'une
charge telle qu'un moteur sans
changer la frquence de l'onde
alternative de la source.
Les impulsions de commande envoyes
vers les composants ont pour rfrence le
passage zro de l'onde alternative.
Tout comme les montages redresseurs
thyristors, on mnage un retard de
commande variable partir de cet
instant.
Il s'ensuit un "dcoupage" de l'onde
sinusodale qui rduit la tension
efficace
la
forme deapplique
la tension applique
la charge.
la charge est trs riche en harmoniques et gnre des
chauffements supplmentaires dans celle-ci.
De plus, la commutation des composants ayant lieu directement sur le secteur, de
nombreuses perturbations peuvent tre engendres sur le rseau.
11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

54

11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

55

DEMARRAGE

Constructions spciales

Moteur double cage

La cage externe est plus " rsistive " (laiton), la cage
interne prsente une inductance plus leve. Au
dmarrage, le moteur se comporte comme un
transformateur : la frquence des courants rotoriques est
leve (50Hz). Le courant circule essentiellement dans la
cage externe, car limpdance de la cage interne (L.w )
est plus leve. Au fur et mesure que la vitesse du
moteur augmente, la frquence des courants rotoriques
diminue, le courant circule progressivement dans la cage
interne.

11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

56

DEMARRAG
Moteur encoches profondes
Lors du dmarrage, les courantsE
rotoriques sont refouls vers la priphrie des barres du rotor : la
rsistance " utile " du rotor est donc augmente. La profondeur de pntration du courant dans les barres
est donne par la relation :

avec :

Diffrentes sections de barres rotoriques utilises:

Moteur cage rsistante

Le courant de dmarrage est limit, sans que le couple soit diminu.

11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

57

FREINAGE

reinage par contre - courant

Lors du freinage, il y a ouverture de
KM1 puis fermeture de KM2: le
moteur est aliment par un champ
statorique inverse. Les pointes de
courant sont trs importantes et il
est conseill dinsrer un jeu de
rsistances pour limiter ce courant.
KM2 doit souvrir ds larrt du
moteur, pour viter un redmarrage
en sens inverse: il est donc
ncessaire de prvoir un capteur
dtectant labsence de rotation
(capteur centrifuge).

11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

58

FREINAGE
Freinage par injection de
courant continu
Au moment du freinage, KM1 souvre
puis KM2 se ferme. Un courant
continu est envoy dans le stator. Le
moteur se comporte comme un
alternateur dont linducteur est
constitu par le stator, linduit par le
rotor en court - circuit.

11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

59

FREINAGE
Moteur
frein

Le moteur est muni dun frein

lectromagntique disque
mont du ct oppos larbre
de sortie. En labsence de
courant (ouverture de KM1 ou
coupure du rseau), un ressort
de rappel permet dassurer le
freinage. Cest un lment
important de scurit, en
particulier dans les applications
de levage.

11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

60

Rglage de la vitesse
La pulsation dude
rotorrotation
d'un moteur
asynchrone est :

g : glissement
p : nombre de paires de ples
: pulsation du rotor (en rd/s)
s : pulsation de synchronisme(en rd/s)
f : frquence de la tension (Hz)
: pulsation de la tension (rd/s)

Le rglage de la vitesse de rotation du moteur peut

donc tre obtenu par:

Action sur le nombre de paires de ples

machines bobinage primaire unique (couplage d'enroulements du type

Dahlander)
machines plusieurs bobinages primaires (machines enroulements spars)
Action sur la frquence de la tension
d'alimentationstatorique
convertisseurs de frquence lectromcaniques (gros alternateur pilotant
plusieurs moteurs asynchrones tournant la mme vitesse)
convertisseurs statiques (onduleurs de courant, de tension, M.L.I, contrle
vectoriel de flux, cycloconvertisseurs)
Action sur le glissement
action sur la tension d'alimentation statorique (autotransformateur, gradateur)
rhostat de glissement au rotor
Cours Machines
Asynchrones
B.
cascade
de rcupration (cascade
hyposynchrone)
11/07/2007
61
REBHI

ction sur le nombre de paires de ples

Couplage d'enroulements (moteur de type Dahlander)
Principe: ce type de moteur possde 2 bobinages distincts par phase,
qui peuvent tre coupls en srie (4 ples) ou en parallle (2 ples).

La vitesse de synchronisme varie donc dans le rapport 2 et la grande

vitesse correspond au couplage parallle

Action sur le
glissement
Gradateur
L' action se fait sur la
tension statorique.
Du fait de sa faible plage de
variation de vitesse sur moteur
cage standard, le gradateur
statorique est surtout utilis
comme procd de dmarrage sur
des machines dont le couple
rsistant est de type parabolique
11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

62

Action sur la frquence de la

tension statorique
Le convertisseur statique de type
"onduleur" permet un
fonctionnement du moteur avec un
couple maximal, par action
simultane sur la frquence et sur
l'amplitude de la tension
statorique, avec conservation du
rapport U/f

11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

63

Action sur la frquence de la tension

statorique (suite)
Convertisseur
de frquence
lectromcanique
Ce procd, robuste et fiable est nanmoins lourd, encombrant et
onreux. Il est utilis principalement pour piloter un grand nombre de
moteurs asynchrones rguler simultanment (laminoirs).

Le rglage de la vitesse du moteur courant continu permet de fixer

la frquence de la tension de sortie de l'alternateur. L'amplitude de
cette tension est ajuste par le circuit d'excitation de l'alternateur.
11/07/2007

Cours Machines Asynchrones

REBHI

B.

64