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Les moteurs asynchrones

La plus part des moteurs entraînant des machines outils sont des moteurs asynchrones triphasés donc la puissance ne dépasse pas 1,5KW. Les moteurs asynchrones monophasés entraînent des compresseurs, de réfrigérateurs ou de congélateurs. Les machines asynchrones sont utilisées dans les nombreuses machines telles que machine à laver, lave vaisselle. Les machines asynchrones sont robustes, faciles à construire, peut coûteux.


Constitution

Comme toutes machines tournante, il comprend le stator et le rotor.

Le stator

Il est identique à celui d’une machine synchrone, les conducteurs logés dans les encoches du stator sont associées pour former 3 enroulements destinés à être alimentés par un réseau triphasé(il est constitué d’un enroulement alimenté par un réseau monophasé, si la machine est monophasée).
Ces enroulements créent alors un champ tournant à répartition sinusoïdale comportant 2P (pôles) donc la vitesse r est liée à la pulsation ω des courants qui alimentent le stator et au nombre de paire de pôle P destiné par le bobinage du stator: rs=ω/P
Généralement le stator porte l’enroulement inducteur qu’on appelle aussi primaire du moteur. Il peut être couplé soit en triangle, soit en étoile. Dans tous les cas enroulement doit supporter entre ses bornes la tension la plus faible de la plage signalétique.

Le rotor

C’est lui qui définit le type de masse. On parle de moteur à rotor bobiné ou de moteur à cage d’écureuil (en court-circuit), en fonction du type de rotor contenu dans la machine.

Rotor bobiné

Il est constitué exactement comme l’induit d’un alternateur. C’est pour cela qu’on l’appelle rotor bobiné. Les pôles de ce rotor sont munis d’encoches où sont logés les conducteurs formant un bobinage à structure généralement semblable à celle des enroulements du stator. Dans le cas très fréquent où le bobinage du rotor est triphasé, 3 ballais et 3 bobines prévues pour accéder à ces enroulements. Ce dispositif permet de modifier certaines caractéristiques du circuit du rotor et par là les propriétés électriques de la machine asynchrone.

Rotor à cage

L’induit est constitué par une série de barres reliées entre elles aux extrémités par deux anneaux de courant d’où le nom de rotor à cage.

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Principe de fonctionnement

Description du fonctionnement

L’enroulement du stator alimenté par un réseau triphasé de pulsation ωs est équivalent à P paire de pôles fictifs tournant à la vitesse angulaire rs. Induction tournante créée par le stator par rapport au rotor va induire dans la cage ou dans l’enroulement du rotor des f.e.m et par la suite des courants si le circuit du rotor est fermé. Les conducteurs actifs de l’enroulement du rotor placé dans l’induction tournante sont donc soumis à des forces électromagnétique s dans un sens qui induit les courants, c’est-à-dire la rotation de l’induit par rapport au rotor. Ces forces entraînent donc le rotor dans le sens de rotation de l’induction et le couple associé est un couple moteur. Pour que ce couple ne soit pas nul, il faut que la vitesse angulaire du rotor soit inférieure à rs autrement dit rr=rs, l’induction serait immobile par rapport au rotor et il n’y aurait donc pas de couple. La vitesse de rotation de l’induction statique par rapport au rotor est exprimé par rs=rr ; ωr=P(rs-rr)

Vitesses de synchronisme

ns(tr/min)nr(tr/min)g(%)
300029003,3
150014404
10009653,5
7507154,7
6005764

Avec ns: vitesse du stator et nr: vitesse du rotor.

Etude du glissement

Par définition, c’est le rapport g tel que
g = (rs-rr)/rs = (ns-nr)ns = (ωsr)/ωs
Il se note souvent en pourcentage et dans ce cas il est multiplié par 100

  • Au démarrage nr=0 → g=ns/ns=1
  • A vide nr=ns → g=0
  • Lorsque le moteur est calé nr=0 ; g=1

Puissances et couples: Elaboration de l’arbre de puissance d’une machine asynchrone

Puissance transmise

Une machine asynchrone triphasée tourne à une vitesse r

  • Puissance absorbée:
    Pa = 3½U.I.CosÞ
  • Puissance transmise au rotor
    Ptr = Pa = (Pfs+Pjs) avec PJs = 3/2.R.I2

Moment du couple électromagnétique

Ptr = Tem.rs ↔ Tem = Ptr/rs

Bilan de puissance au rotor

Puissance mécanique totale: PM = Tem.rr = Ptr(1-g)

Pertes par effet joule au rotor

PJr = Ptr – PM = Ptr – Ptr(1-g) = Ptr(1-1+g)
PJr = g.Ptr

Puissance utile au rotor

Pu = PM – Pm = Tzm.r – Pm
Pu = Tu.rr

Arbre de puissance

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Les rendements

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28 novembre 2021
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