Comment faire un démarrage direct des moteurs asynchrones triphasés à cage

Principe de moteur asynchrone triphasé

 

Le moteur asynchrone ou moteur à induction est un transformateur à champ tournant :

-        le stator en est  le primaire, il est alimenté par le réseau d’énergie ;

-        le rotor en court-circuit et libre de tourner constitue le secondaire.

Fonctionnement  de moteur asynchrone triphasé

Fonctionnement  des courants triphasés alimentant le stator donnent naissance à champ tournant qui induit des courants dans les conducteurs du rotor. L’action du champ sur les courants rotoriques génère des forces électromagnétiques qui font tourner  le rotor.

Les 3 objectifs de moteur à cage

 1- Caractéristiques du moteur utilisé : 

     Tétrapolaire : 220V, 50Hz.

    Valeur nominales :  IN = 13A ; PuN= 3000W ; nN= 1400 tr/min ; φ= 0.8

 2- But des essais : Mesurer et calculer les différents paramètres de fonctionnement. Nous avons effectué un essai à vide. Des essais pour différentes charges et un essai dit en court-circuit avec le rotor bloqué. Dans ce dernier cas le moteur se trouve dans les mêmes conditions qu’en démarrage direct : stator relié au réseaux et rotor à l’arre : les grandeurs mesurées et calculées auront donc  les mêmes  valeurs : démarrage=courant-circuit à l’arre.

REMARQUE : Les essais effectués au-delà  de la charge nominale ont été conduits très rapidement. Ils permettent de compléter nos informations mais il n’est absolument pas questions de les répéter en travaux pratiques scolaires.

3- Mesures effectuées :  Nous mesurons le courant, la tension, la puissance absorbée ( par la méthode des deux wattmètres) et le glissement.

La charge du moteur est constituée par une génératrice tarée, à excitation indépendante, débitant dans un rhéostat. Le rendement de la génératrice étant connu, nous pouvons trouver la puissance qu’elle absorbé : cette dernière est la puissance utile du moteur.

Les partis de Moteurs à courant continu universel

Le premier moteur à courant continu a été réalisé en 1836. Cette technologie a été beaucoup utilisée depuis pour toutes les applications à vitesse variable, en particulier pour les véhicules électriques comme pour les machines-outils. Ils sont fabriqués dans une très large plage de puissance, de ~0,1 W à ~4 MW.


Le stator est la partie fixe du moteur, formant généralement son enveloppe extérieure.

Le stator d’un moteur à courant continu comprend une ou plusieurs sources de champ magnétique continu. S’il s’agit d’électro aimants, le courant qui y circule est appelé courant d’excitation du moteur. Sinon, les champs magnétiques sont produits par des aimants permanents.

Le rotor est la partie mobile du moteur, fournissant le couple utile à la charge par l’intermédiaire de son arbre.

Modes de fonctionnement des actionneurs et moteurs...5

Avantages, Inconvénients et Coûts de tous les modes de fonctionnement des actionneurs et moteurs.

5éme mode est mode pas à pas:

Avantages : Les entraînements pas à pas sont particulièrement simples. Leur force de maintien permet de faire l’économie d’un frein.

Inconvénients : Les moteurs électriques pas à pas sont limités en puissance à ~200 W. Ils sont également limités en vitesse à ~1'000 tr/min. Leur précision est de l’ordre du pas, donc de ~1º angulaire dans le meilleur des cas. A l’arrêt, la position n’est maintenue qu’avec une certaine élasticité. Si la force perturbatrice est trop élevée,

Modes de fonctionnement des actionneurs et moteurs...4

Avantages, Inconvénients et Coûts de tous les modes de fonctionnement des actionneurs et moteurs.

4éme mode est mode servomoteur – réglé en position:

Avantages : Ce mode de fonctionnement permet de bien contrôler tous les mouvements d’une machine. Les variations d’alimentation et de charge sont automatiquement compensées. La grande répétitivité des résultats obtenus est particulièrement adaptée aux exigences de qualité des utilisateurs. Les machines ainsi équipées présentent une grande flexibilité : Le changement de fabrication, selon programme pièce ou selon recette, peut être très rapide, voire réalisé au vol (sans arrêt de la machine).

Modes de fonctionnement des actionneurs et moteurs...3

Avantages, Inconvénients et Coûts de tous les modes de fonctionnement des actionneurs et moteurs.

3éme mode est mode réglé en vitesse:

Avantages: La régulation de vitesse permet d’obtenir exactement le résultat désiré.

Inconvénients: La conception et l’ajustage du régulateur nécessitent un personnel qualifié.

Coûts : Ce mode d’entraînement est plus coûteux que le contrôle de vitesse en boucle ouverte, essentiellement

à cause du capteur supplémentaire et de son câblage.

Modes de fonctionnement des actionneurs et moteurs...2

Avantages, Inconvénients et Coûts de tous les modes de fonctionnement des actionneurs et moteurs.

2éme mode est mode contrôlé en vitesse:

Avantages: Ce mode de fonctionnement est utilisé pour tous les entraînements dont on souhaite contrôler approximativement la vitesse, comme les broches de machines-outils et l’avance des véhicules et des grues.

Modes de fonctionnement des actionneurs et moteurs...1

Avantages, Inconvénients et Coûts de tous les modes  de fonctionnement des actionneurs et moteurs.

1er mode est mode tout ou rien:

Avantage: Ce mode de fonctionnement est utilisé pour la plupart des pompes, ventilateurs et outils d’usinage, voire pour certains mouvements comme celui des ascenseurs et des convoyeurs.

Inconvénients: Ce mode de fonctionnement ne permet aucune adaptation à la charge mécanique réellement entraînée. Les déplacements ainsi réalisés ne seront répétitifs que dans la mesure où les

Le rendement pour un moteur électrique

Le rendement d’un appareil est une caractéristique très importante. Pour un moteur, le rendement sera le rapport de la puissance disponible à l’arbre et de la puissance électrique qui lui est fournie.

Un mauvais rendement produit des effets négatifs comme par exemple :

- Élévation de la température ambiante, nuisible au bon fonctionnement des appareils électriques
comme des éléments mécaniques;
- Échauffement du moteur ; cette chaleur transmise aux parties mobiles provoquera des dilatations
qui altéreront la précision d’une machine-outil ou influenceront un processus chimique;
- Coût supplémentaire de l’énergie consommée.

Moteur série monophasé, dit Universel

   En appel moteur universel s’il contient des adaptations suivantes :

- le feu du stator : le stator du moteur continu est en acier ‘plein’ traversé par un flux constant. En revanche, en alternatif, le flux variable produit des pertes par hystérésis et aussi courants de Foucault.

- Les enroulements il y a deux enroulement un pour stator et l’autre pour le rotor .sont importantes et leur réactances élevées diminuent le courant absorbé,alors le flux produit par le stator.

- Dernièrement Qualités du moteur : les modifications de moteur série alternatif reste de qualité inférieur  à celle du moteur série continu et ne peut, surtout à cause de sa mauvaise commutation, être utilisé ainsi que pour de faibles puissance (1KW  au maximum).

Moteur synchrone autopiloté

Une machine synchrone fonctionnant en moteur est associée à onduleur thyristors. La machine tournant et l’électronique sont liées pour créer un ensemble original ayant pour objet la substitution d’un convertisseur, robuste, au moteur à courant continu dont le collecteur est fragile et coûteux. Actuellement. seul le domaine des fortes puissance, plus 1000KW est concerné par le nouveau système.

On réalise donc ainsi le remplacement de la machines à courant continu, dans son utilisation  en moteur, plus de vingt ans après le remplacement de l’utilisation en génératrice, qui avait  été obtenu par l’emploi de l’alternatif et de ponts redresseurs.

Moteur asynchrone monophasé

Principe de fonctionnement

Le stator monophasé produit un champ alternatif que l’on peut décomposer en deux champs, tournant en sens inverse l’un de l’autre (théorème de leblanc ) .le rotor peut donc indifféremment tourner dans les deux sens mais ne peut démarrer seul sans artifice. On peut évidement le lancer à la main dans le sens choisi.

Les deux couples

Chacun des deux champs tournants développer sur le rotor un couple dont le moment varie, en fonction de la vitesse, comme celui d’un moteur asynchrone triphasé. Ces deux couples sont évidement de sens contraires et ont des moments de même valeur absolue pour deux valeurs opposées de la fréquence de rotation,  n.   

Moteur universel

le moteur universel est en fait un moteur série à courant continu branché en courant alternatif.
Ce type de moteur est aussi utilisé pour des aspiration, perceuses à main, rasoirs, moulins à café, etc.
 En alternatif  la polarité de la source électrique change ,les pôles magnétiques des inducteurs changent ainsi que le sens du courant dans l'induit. La force résultante ne change donc pas de sens , les sens de rotation non plus.
Toutefois le courant absorbé, le couple du moteur et son rendement sont bien plus faibles qu'en continu. Des étincelles sur le collecteur produisent un échauffement .
En alternatif, il faut :
- Diminuer le nombre de spires au stator et augmenter celui du rotor pour compenser la perte du couple.
- Feuilleter le stator ~ diminuer les pertes par hystérésis et par courant de foucault ~.
- Limiter la puissance à 1 KW   bien sur mauvaise commutation .  


ATTN! Le moteur universel s'emballe à vide sa vitesse varie fortement  selon sa charge.
Pour changer le sens de rotation de ce moteur , il faut changer le sens du courant soit de l'induit soit de l"inducteur. 

Moteur synchrone à aimants

La machine synchrone est totalement réversible, mais dans la plupart  des application,son utilisation en générateur ou en moteur bien déterminer,réversibilité pouvant éventuellement apparaître dans des fonctionnements particuliers.

Les moteurs synchrones à aimants présentent des avantages indéniables:

- bon rendement (absence de pertes par effet joule  au rotor),

- fort couple massique,

- bonnes performances dynamiques grâce à la faiblesse des inductances statoriques, due

à la largeur importante de l’entrefer apparent,

- champ magnétique important dans l’entrefer,

- pas de source de tension continue pour l’excitation.