Étude moteur asynchrone triphasé rotor bobine - Travaux pratiques (TP) pdf

T.P 4 : Etude du moteur asynchrone triphasé

T.P 4: Etude du moteur asynchrone triphasé à rotor bobiné

1. Buts

Etude du moteur asynchrone triphasé en régime sinusoïdal par le modèle linéaire. Cette étude comprend :

 L’identification des paramètres (à partir des essais à puissance réduite : essai à vide, essai au synchronisme, essai à rotor calé...).

 Essai en charge et relevé des caractéristiques du moteur.

2. Constitution

Le moteur asynchrone comprend:

 Un Stator : partie fixe, armature portant un bobinage triphasé alimenté par un système équilibré de tensions à la fréquence ws.

 Un rotor : partie mobile, constitue le " secondaire" de la machine et il n’est connecté à aucune source d’énergie. On distingue :

- Rotor à cage d’écureuil (en court-circuit).

- Rotor bobiné.

3. Principe

Si on alimente le circuit statorique (primaire) par un système des tensions triphasées équilibrées de fréquence fs ou (ws), on obtient un champ magnétique tournant à la vitesse synchrone

( p

Ωs w^s).

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Ce flux balayant le circuit rotorique y induit des f.é.m., ce dernier étant en court-circuit, les f.é.m. y produisent des courants. Du fait de la loi de Lenz, les courants rotoriques induits vont s’opposer par leurs effets (qui est ici le couple) à la cause qui a leur donné naissance (qui est la rotation relative du champ tournant par rapport au rotor) en entraînant le rotor en rotation dans le sens du champ tournant.

On définit le paramètre glissement qui caractérise la diminution relative de vitesse du rotor par :

s r s

m s s s

w w w

w w Ω

Ω

g Ω  

 



En régime sinusoïdal, toutes les grandeurs rotoriques (courants, flux) sont à la fréquencef^rgf^s. Condition électrique de synchronisme : w =w +ws m r

Condition mécanique de synchronisme :ΩsΩmΩr

Avec

fr : fréquence des courants rotoriques, ws : pulsation des courants statoriques, wr : pulsation des courants rotoriques, wm : vitesse électrique du rotor.

4. Bilan des puissances actives en fonctionnement moteur

 La puissance active absorbée par le moteur est : Pa3VsIscos(s).

 Les pertes ferromagnétiques au stator, sont mesurées lors d’un essai à vide:

) cos(

I 3V p

pfs js0 ss0 s0 .

 Les pertes par effet joules statoriques sont définies par : pjs3Rs_I2s

 On appelle puissance transmise au rotor (puissance électromagnétique), l’expression définie par PePapfspjs.

 Les pertes par ferromagnétiques au rotor sont négligeables car elles sont liées à la fréquence du rotor.

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 Les pertes par effet joules rotoriques sont définies par : pjr3Rr_I2r

 Les pertes mécaniques pméc sont généralement d’origines frottements.

 On appelle puissance mécanique sur l’arbre (puissance utile), l’expression définie par

js m fs e

u P p p p

P   ^{ } .

 Bilan de puissances:

A partir du bilan des puissances actives en fonctionnement moteur, on peut définir le rendement de la machine :

 En fonctionnement moteur :

a

méc js fs a a

u

M P

p ) p p g)(P (1 P

η P    





 En fonctionnement moteur :

méc js fs a

a a

u

G (1 g)(P p p ) p

P P

η P







 



5. Modèles du moteur asynchrone en régime sinusoïdale

La description de la machine asynchrone par un modèle permet d’estimer le couple électromagnétique développé et de montrer comment varie la vitesse et le courant absorbé en fonction du couple demandé.

Hypothèses : Saturation négligée, répartition sinusoïdale du flux.

Pu

Pe

Pa

pfs

pjs pjr

pfr

pméc

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 Modèle 1

Le schéma équivalent d’une phase statorique et d’une phase rotoriques est donné par :

La f.é.m. et la pulsation du rotor sont données respectivement par les expressions suivantes :

s

r mgE

E  , wrgws

Si de plus on considère l’approximation suivante est vraie (Is>>Is0), le schéma précédent vu coté stator à la pulsation (ws) devient:

Avec

Rs : Résistance d’une phase statorique, Rf : Résistance due aux pertes fer, Xf : Réactance magnétisante du circuit magnétique,

r s 2 r

s

p X m .X X X'

X     : Réactance de fuites d’une phase du stator et du rotor vue coté stator,

2g m

R g R'r r

 : Résistance dune phase du circuit rotorique ramenée coté statorique.

 Modèle 2 :

Les équations d’une phase (statorique et rotorique) dans un repère de Park tournant à la vitesse (wa) sont :















 







 





r m a r

r r

s s a

s s

) w dt j(w

i d R 0

dt jw s i d

R v s

V Er

Is mIr Ir

Es

Is0

Rs jl^sw^s

Rf jXf

r rw jl

Rr

m

Rs

Rf jX^f

jXp

s

V _g

R'^r Is

Is0

'r

I

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Les équations précédentes dans un repère synchrone (lié au champ tournant) deviennent:

















r m s r r

s s s s s

) w j(w i R 0

jw i R v





Sachant que les équations des flux s’écrivent :



















s r r r

r s s s

I M I L

I M I L

On obtient



















s s r

s r r r

s r s s

s s s

I jMw I

w jL g I 0 R

I jMw I

w jL I s R V

En introduisant le courant rotorique ramené au stator (I'rmIr) et le courant magnétisant absorbé par le moteur à vide (Is0IsI'r), le système précèdent devient :



























r r

s r r s0 s

s0 s s s s s s s

' I m) M m 2 (L jw ' I gm 2 I R m jw M

mI jw M I m) (L M jw I R V

On dénote les expressions par : m

L M

ls s : Inductance cyclique de fuites du stator,

m M m2

l'^r L^r  : Inductance cyclique de fuites d’une phase rotorique ramenée au stator,

m w M

Xf s : Réactance magnétisante,

m2

R'r R^r : Résistance d’une phase rotorique ramenée au stator, On obtient finalement

















r ' I w jl' ' g I I R' w jX

I w jX I w jl I R V

s r r r s0 s f

s0 s f s s s s s s

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Ces équations traduisent le schéma monophasé équivalent d’un moteur asynchrone ramené au stator, sera corrigé par une résistance due aux pertes fer:

 Modèle 3

Si on considère que l’impédance du circuit statorique est négligeable, le schéma équivalent précédent devient :

6. Expressions et caractéristique du couple Te

A partir du schéma équivalent du circuit précédant, on peut définir plusieurs expressions du couple électromagnétique :

F1 :

) X' 2 ) (

g (R' 2

g R' Ω )

3V 2 Ω (

T P

r r

r

s s s e e







F2 :

) l' 2 ) (

(R' 2 w R' w )

3p(V 2 T

r r

r r

s s e





s sw jl

s V

g R'r

Is

Is0

'r

I Rs

Rf jXf

s rw jl'

s V

g R'^r Is

Is0

'r

I

Rf jXf

jX'r

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Avec X'rl'rws

Le couple électromagnétique maximum est obtenu pour un glissement optimum :

' r ' r

k X

g  R

F3 :

r 2X'

1 w 3pV 2 T

s s emax

On voit que le couple maximum est indépendant de la résistance du circuit rotorique.

Le couple électromagnétique peut être exprimé en fonction du couple maximum, on obtient alors :

F4 :

k k

emax e

g g g g T 2.T





Le couple de démarrage (g=1)

F5 :

) (X' 2 )

(R' 2 ) R' Ω 3V 2 ( T

r r

r s

ed s





 Caractéristique normalisée du couple Te (g) :

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

g/gk

Te/Temax

Moteur

Génératrice

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7. Travail demandé

7.1.Essais à puissances réduites 7.1.1. Essai à vide

a. Prévoir le montage pour cet essai ?

b. En déduire le facteur de puissance 10, les pertes fer et les éléments (Rf, Xf).

7.1.2. Essai en courant continu

a. Prévoir le montage pour cet essai ? b. Mesurer les valeurs de Rs, Rr ? 7.1.3. Essai a rotor calé

a. Prévoir le montage pour cet essai ?

b. En déduire les valeurs de réactance Xs et X’r ? 7.2. Essais en charge

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