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G. Pinson - Physique Appliquée

Machine asynchrone - C34 / 1

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C34 - Machine Asynchrone (MAS)
Moteur asynchrone • Transmissions mécaniques asynchrones (transmissions de couple) :
moteur moteur moteur

Ωs
bain d’huile ailettesΩs

champ magnétique tournant

Ωs

Pm
"stator"

N
aluminium

S Ω
"rotor"


roues roues


roues

Pem

embrayage ou transmission hydraulique (frottements visqueux) ex. : engin de chantier

transmission électromagnétique asynchrone à induction (courants de Foucault)

- Pour qu'une transmission asynchrone puisse fonctionner, il faut que : . Ω (vitesse de rotation) < Ωs(vitesse de synchronisme) . il y ait nécessairement des pertes par échauffement (ex. : frottements ou effet Joule) - Glissement : c'est l'erreur relative sur la vitesse, en % : g= η= : transmission mécanique asynchrone (embrayage,...) : couple transmis : puissance sur l'arbre moteur : puissance sur l'arbre utilisateur : pertes par frottements ∆Ω Ωs − Ω Ω = = 1− Ωs Ωs Ωs Pm C Ω Ω = m = =1− g PemCmΩs Ωs

- Rendement : où Cm Pem = CmΩs Pm = CmΩ PJR = Pem – Pm

conversion électromécanique asynchrone (MAS,..) couple moteur puissance électromagnétique puissance mécanique au rotor pertes Joule Rotor ⇒ g = 1− η = PJR Pem

Le rendement d'une MAS ainsi calculé est le rendement théorique de la machine. Ce rendement de la seule transmission asynchrone ne tient pas compte des autres facteurs depertes (voir plus bas bilan des puissances). • Constitution Le stator est un bobinage triphasé, qui engendre un champ magnétique tournant. Pour les petites puissances (usuellement < 10 kW), le rotor est constitué de barres (cuivre ou aluminium) formant un tambour appelé "cage d'écureuil". Le rotor, non connecté, est en court-circuit : ce moteur est dépourvu de collecteur et de balais. Pour despuissances plus importantes, le rotor est bobiné (triphasé, Y), relié à l'extérieur via un collecteur simplifié à trois bagues, et court-circuité en fonctionnement normal. Mais on peut aussi modifier les propriétés électromécaniques du moteur en agissant sur le rotor par ces connexions.

G. Pinson - Physique Appliquée

Machine asynchrone - C34 / 2----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Exemple : moteur "à cage d'écureuil" (schéma simplifié) :
carcasse circuit magnétique inducteur stator

rotor arbre palier enroulements statoriques ventilateur

• Caractéristiques (moteurs à cage) : - Durée de vie très élevée ; maintenance quasi inexistante (paliers...) - Faiblecoût Mais - Vitesse de rotation dépendant fortement de la charge appliquée sur l'axe - Contrôle électronique de vitesse et de couple complexe • Modèle électrique d'un MAS idéal : r ω f f Vitesse de synchronisme (vitesse de B ) : Ω s = ) rad / s ou n s = ) trs / s ou 60 ) trs / mn p p p Vitesse du rotor : Ω = (1− g)Ωs rad / s ou n = (1− g )ns trs / s ou trs / mn r ω Vitesse de B par rapport aurotor ("vitesse de glissement") : Ω s - Ω = gΩs = g ) p ) ′ = ) (Ωs − Ω) = gω (même relation que ω = pΩ s ) Pulsation des courants rotoriques (J2 ) : ω p Le moteur asynchrone est équivalent à un transformateur dont l'enroulement secondaire (rotor) est en rotation. A l'arrêt, son rapport de transformation vaut : nb spires 1 phase rotor fem rotor à l'arrêt N E m= = ⇒ m = 2 = 20 nb spires 1 phase statortension alim stator N 1 V1 NB : pour un rotor à cage, N2 est égal à la moitié du nb de barres. Le rotor (R2 , L2 ) est branché en court-circuit. D'où le schéma équivalent au MAS idéal en rotation (MAS idéal : pas de fuites magnétiques, stator sans résistance, etc) : E20 V1 J2 L2gω (2) E20 = dΦ0 = ωΦ ⇒ E2 = dΦ = ω ′Φ = gωΦ = gE20 = mgV1 dt dt V1 N1 N2 E2 à l'arrêt (g = 1) en rotation (0 < g <...
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