Les moteurs électriques, les moteurs asynchrones triphasés

Cours les moteurs électriques, les moteurs asynchrones triphasés, tutoriel & guide de travaux pratiques en pdf.

Les moteurs asynchrones triphasés

Ce chapitre est consacré à la présentation des moteurs asynchrones triphasés, moteurs les plus utilisés pour l’entraînement des machines. Ces moteurs s’imposent en effet dans un grand nombre d’applications en raison des avantages qu’ils présentent : normalisés, ils sont robustes, simples d’entretien, faciles à mettre en œuvre et de faible coût.
La présentation des autres types de moteurs fait l’objet du chapitre 2. La description et la comparaison des principaux dispositifs de démarrage, réglage de vitesse et freinage qui leur sont associés font l’objet du chapitre 3.

Principe de fonctionnement

Le principe de fonctionnement d’un moteur asynchrone repose sur la création d’un courant induit dans un conducteur lorsque celui-ci coupe les lignes de force d’un champ magnétique, d’où le nom de « moteur à induction ». L’action combinée de ce courant induit et du champ magnétique crée une force motrice sur le rotor du moteur. Supposons une spire ABCD en court-circuit, située dans un champ magnétique B, et mobile autour d’un axe xy (cf. fig. 1 ). Si, par exemple, nous faisons tourner le champ magnétique dans le sens des aiguilles d’une montre, la spire est soumise à un flux variable et devient le siège d’une force électromotrice induite qui donne naissance à un courant induit i (loi de Faraday).
D’après la loi de Lenz, le sens du courant est tel qu’il s’oppose par son action électromagnétique à la cause qui lui a donné naissance. Chacun des deux conducteurs est donc soumis à une force F de Laplace (de Lorentz, pour les Anglosaxons), de sens opposé à son déplacement relatif par rapport au champ inducteur. La règle des trois doigts de la main droite (action du champ sur un courant, cf. fig. 2 ) permet de définir facilement le sens de la force F appliquée à chaque conducteur. Le pouce est placé dans le sens du champ de l’inducteur. L’index indique le sens de la force. Le majeur est placé dans le sens du courant induit. La spire est donc soumise à un couple qui provoque sa rotation dans le même sens que le champ inducteur, appelé champ tournant. La spire se met donc en rotation et le couple électromoteur produit équilibre le couple résistant.
Création du champ tournant Trois enroulements, géométriquement décalés de 120°, sont alimentés chacun par une des phases d’un réseau triphasé alternatif (cf. fig. 3 ). Les enroulements sont parcourus par des courants alternatifs présentant le même décalage électrique, et qui produisent chacun un champ magnétique alternatif sinusoïdal. Ce champ, toujours dirigé suivant le même axe, est maximal quand le courant dans l’enroulement est maximal.
Le champ généré par chaque enroulement est la résultante de deux champs qui tournent en sens inverse et ayant chacun pour valeur constante la moitié de la valeur du champ maximal. A un instant t1 quelconque de la période (cf. fig. 4 ), les champs produits par chaque enroulement peuvent être représentés comme suit : v le champ H1 diminue. Les 2 champs qui le composent ont tendance à s’éloigner de l’axe OH1, v le champ H2 augmente. Les 2 champs qui le composent ont tendance à se rapprocher de l’axe OH2,
Les 2 champs qui le composent ont tendance à se rapprocher de l’axe OH3. Le flux correspondant à la phase 3 est négatif. Le champ est donc dirigé dans le sens opposé à la bobine. En superposant les trois diagrammes, nous constatons que : v les trois champs tournant dans le sens inverse des aiguilles d’une montre sont décalés de 120° et s’annulent, v les trois champs tournant dans le sens des aiguilles d’une montre se superposent. Ces champs s’additionnent pour former le champ tournant d’amplitude constante 3Hmax/2. C’est un champ à une paire de pôles. Ce champ effectue un tour pendant une période du courant d’alimentation. Sa vitesse est fonction de la fréquence du réseau (f), et du nombre de paires de pôles (p). Elle est appelée « vitesse de synchronisme ».
Glissement Le couple moteur ne peut exister que si un courant induit circule dans la spire. Ce couple est déterminé par le courant qui circule dans la spire et qui ne peut exister que s’il existe une variation de flux dans cette spire. Il faut donc qu’il y ait une différence de vitesse entre la spire et le champ tournant. C’est la raison pour laquelle un moteur électrique fonctionnant suivant le principe que nous venons de décrire est appelé « moteur asynchrone ». La différence entre la vitesse de synchronisme (Ns) et celle de la spire (N) est appelée « glissement » (g) et s’exprime en % de la vitesse de synchronisme. g = [(Ns – N) / Ns] x 100 En fonctionnement, la fréquence du courant rotorique s’obtient en multipliant la fréquence d’alimentation par le glissement. Au démarrage la fréquence du courant rotorique est donc maximale.