Étude du moteur asynchrone triphasé Électricité

Électricité

Étude du moteur asynchrone triphasé

Jean-David.Delord@univ-eiffel.fr http://jean.david.delord.free.fr

1 ^ère partie

1. But de la manipulation

Étudier un moteur asynchrone triphasé :

• Dans les conditions nominales,

• Pour différentes valeurs du couple résistant (cas de moteurs sous ou surdimensionnés).

On s’intéresse notamment à l’évolution du facteur de puissance et du rendement en fonction des conditions de charge mécanique.

2. Description de dispositif expérimental

Le moteur est accouplé mécaniquement à un frein magnétique par l’intermédiaire d’un arbre flottant. Sur cet arbre sont montés des capteurs résistifs qui permettent d’obtenir un signal électrique sensiblement proportionnel à l’angle de torsion de l’arbre. L’ensemble arbre – transducteur – conditionneur – afficheur a été étalonné.

Le frein engendre un couple résistant sensiblement indépendant de la vitesse de rotation et à peu près proportionnel à l’intensité de courant qui circule dans sa bobine.

Vous trouverez en annexes les éléments de cours pouvant vous manquer.

3. Travail expérimental

3.1. Lecture de la plaque signalétique

• Que vaut la puissance utile nominale 𝑃𝑢𝑛 ?

• Quelle est la fréquence nominale de rotation 𝑁_𝑛 ?

• Déduire des résultats précédents le moment du couple moteur (couple utile) nominale 𝑇_𝑛.

• Que valent les tensions et intensités de lignes nominales pour les montages étoiles et triangles ? Platine de

branchement

Capteur de couple

Wattmètre Couplemètre Tachymètre

Frein à poudre

Alimentation du frein à poudre

3.2. Branchements

Attention !

 Les branchements doivent être réalisés hors tension pour écarter tout risque d’accident.

 Ne jamais débrancher un conducteur parcouru par un courant (possibilité d’apparition d’un arc électrique).

 Démarrer toujours le moteur en augmentant progressivement la tension à l’aide de l’autotranformateur (pour éviter un courant de démarrage important pouvant détériorer les appareils de mesure).

 Réaliser le branchement ci-contre, où les enroulements du stator sont couplés en ……… ?

 De plus, relier les masses du moteur et du frein entre elles, puis à la terre du bâtiment par l’intermédiaire de l’autotransformateur.

 Afin de pouvoir mesurer l’intensité 𝐼, la tension 𝑈 et la puissance active 𝑃 absorbée par le moteur. Brancher le wattmètre comme indiqué en annexes.

 Placer le tachymètre en face de l’arbre moteur afin de mesurer la vitesse de rotation de celui-ci.

Quand les branchements sont terminés appeler l’enseignant pour une vérification du montage avant la mise sous tension.

3.3. Mesures à vide

Dans cette partie, le frein n’est pas alimenté en courant. Le couple résistant qu’il crée est donc pratiquement nul et tout se passe comme si le moteur tournait à vide.

• Mettre en marche le moteur en augmentant

progressivement la tension aux bornes des enroulements du stator. Relever la valeur de la tension à partir de laquelle le moteur commence à tourner 𝑈_𝑑𝑒𝑚.

• Lire alors les valeurs de 𝐼_𝑑𝑒𝑚, 𝑃_𝑑𝑒𝑚, 𝑇_𝑑𝑒𝑚.

• Continuer d’augmenter la tension jusqu’à la tension nominale.

• Mesurer, dans ces conditions (à vide), la fréquence de rotation 𝑁_𝑣, 𝑇_𝑣, la puissance absorbée 𝑃_{𝑎𝑏𝑠 𝑣} et le facteur de puissance (𝑐𝑜𝑠 )_𝑣.

• Calculer le glissement à vide 𝑔_𝑣 et le rendement _𝑣.

3.4. Mesure en charge

• Tension d’alimentation 𝑈 constante (aussi proche que possible de 𝑈_𝑛).

• Faire fonctionner le moteur en lui appliquant la tension nominale.

• Mettre en marche la ventilation forcée du frein magnétique.

• Faire varier le couple s’affichant sur le couplemètre grâce au potentiomètre de l’alimentation du frein à poudre. Les valeurs seront prises comme étant {0,2. 𝑇_𝑛− 0,4. 𝑇_𝑛− 0,6. 𝑇_𝑛− 0,8. 𝑇_𝑛− 1,0. 𝑇_𝑛− 1,2. 𝑇_𝑛− 1,4. 𝑇_𝑛− 1,6. 𝑇_𝑛} où Tn représente le moment du couple nominal calculé au 3.1.

• Mesurer alors 𝑇, 𝐼, 𝑃, 𝑁, 𝑈 (qui doit être proche de 𝑈𝑛).

• Ramener alors le courant d’alimentation du frein à zéro, car il n’est pas conçu pour fonctionner de façon permanente.

Variation de la tension entre 0 et 400 V

• Procéder de même pour les 7 autre séries de mesures.

• Présenter les résultats sous forme d’un tableau contenant les colonnes ci-dessous. L’utilisation d’un tableur est à privilégier.

𝐼 𝑃_𝑎𝑏𝑠 𝑁 𝑈 𝑔 𝑇 𝑃_𝑢  cos

• Tracer 𝑔 = 𝑓(𝑇) puis 𝑇 = 𝑓(𝑁). Justifier l’allure de ces courbes.

• Tracer = 𝑓(𝑃_𝑢) et 𝑐𝑜𝑠= 𝑓(𝑃𝑢𝑡). Combien vaut _𝑛.

2ème partie : pompe de château d’eau

4. Mise en situation

Un château d’eau est alimenté depuis une nappe phréatique. La différence de niveau est de 67 m. Le débit doit pouvoir atteindre au minimum 55 m³ par heure.

Pour fournir ce débit, la pompe doit être entraînée à une vitesse de 690 tours par minute. Elle peut tourner plus vite, mais sans dépasser 900 tours par minute. Son rendement est de 81%.

La pompe est entraînée directement, donc sans réducteur, par un moteur asynchrone, lui-même alimenté directement par le réseau 400 V / 50 Hz / triphasé. Il est caractérisé comme suit :

• Puissance et nombre de pôles : ?

• Rendement M = 92%

• Facteur de puissance (cos φ) = 0,84

• Glissement à couple nominal g = 4,5%

Hypothèses simplificatrices :

• Le débit de la pompe est proportionnel à sa vitesse.

• On néglige les pertes de charges singulières et linéaires.

• Les variations de hauteur d’eau à l’aspiration et au refoulement en instantané sont négligeables.

• On admet que le glissement du moteur est égal à son glissement nominal, même si le couple qu’il fournit n’est pas exactement égal à son couple nominal.

5. Travail demandé

• Déterminez le nombre de paires de pôles.

• Suite à ce choix, quel est le débit de la pompe ?

• Quel doit être la puissance nominale du moteur ?

Valeurs possibles (normalisées) : 7,5 kW, 15 kW, 22 kW ou 37 kW

• Dans ces conditions de fonctionnement, quel est le courant de phase du moteur ? M

3~

U ; f ; I

p ; g ; cos  ; M

Moteur Pompe

𝑃_{𝑒𝑙𝑒𝑐𝑎𝑏𝑠} 𝑃_{𝑚𝑒𝑐𝑎} 𝑃_{ℎ𝑦𝑑𝑟𝑎𝑢}

𝑔Ԧ h qv ; Nmin ; Nmax ; P

eau

q_v N_M Avec :

• eau = 1000 kg/m³

• g = 9,81 m/s²

• P = 81%

• M = 92%

Patm

P_atm

B

A

Annexes

Utilisation du wattmètre

Il doit être branché en permanence pour fonctionner.

1 - Mise sous tension. Appuyer sur

Enter pour rentrer dans le menu 2 – Sélectionner Power 3 – Appuyer sur F2 pour sélectionner triphasé

4 – Suivre le schéma de

branchement 5 – Branchement des connecteurs 6 – Lecture de la puissance (W) et du cos (DPF)

Le moteur asynchrone triphasé

Vous trouverez en ligne les informations nécessaires pour le TP (lecture de plaque signalétique, glissement, etc …) à partir de la page 52 du cours d’électricité :

http://jean.david.delord.free.fr/Dossier_ressource/IUT/semestre_1/electricite/energie_electrique_v5.pdf

Formules utiles sur les pompes issues de la mécanique des fluides

• Énergie hydraulique fournie par une pompe : 𝑊_𝑝= 𝜌. 𝑔. ℎ (en négligeant les pertes de charges)

• Puissance hydraulique : 𝑃_ℎ𝑦𝑑= 𝑞_𝑣. 𝑊_𝑝

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