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BTS Electrotechnique (deuxième année)

MAS

LES MACHINES ASYNCHRONES TRIPHASEES

I. Moteurs asynchrones en régime statique

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8. Réglage de la vitesse de rotation

8.1. Alimentation du moteur à fréquence constante et tension variable

Contrairement au moteur à courant continu, pour le moteur asynchrone, la variation de la valeur de la tension d'alimentation n'entraîne quasiment pas de variation de vitesse. La conséquence de la variation de la valeur efficace de la tension d'alimentation est une variation du moment du couple utile maximum disponible, comme le montre la figure ci-dessous :

Caractéristiques mécaniques à U variable
Fig 8 : Si la valeur efficace de la tension d'alimentation
est divisée par 2, le moment du couple utile est divisée
par 4. La fréquence de rotation, quant à elle, varie peu.

Si on divise la valeur efficace de la tension d'alimentation par 2, le moment du couple utile maximum et du couple de démarrage est divisé par 4. Le moment du couple utile est proportionnel au carré de la valeur efficace de la tension entre phases :

Tu = k .U²

Le seul intérêt d'alimenter le moteur à tension variable et fréquence fixe est de limiter la pointe de courant au moment du démarrage, comme pour le démarrage étoile-triangle, mais il faudra veiller à ce que le moment du couple de démarrage quand la tension est réduite, soit supérieur au moment du couple résistant.

8.2. Les différents paramètres de réglage de la vitesse de rotation

De la relation n = nS.(1-g), et donc n = f p (1-g), on déduit que le réglage de la vitesse de rotation peut se faire par l’intermédiaire de :

  • p, le nombre de paire de pôle de la machine. Cette solution est utilisée dans les machines 2 vitesses. Il s’agit en fait de deux moteurs différents, avec deux nombre de paires de pôles différents placés dans la même machine. La vitesse n’est pas réellement réglable par ce biais, mais peut prendre deux valeurs différentes.
  • g, le glissement. Cette solution n’est envisageable qu’avec les moteurs à rotor bobiné. On modifie alors le glissement en modifiant la puissance rotorique. Cette solution est, à part quelques cas très particuliers, obsolète.
  • f, la fréquence des tensions l’alimentation. Cette solution est celle la plus courant utilisée, notamment avec les variateurs de vitesse. Elle sera détaillée dans le paragraphe suivant.

8.3. Alimentation du moteur sous fréquence variable

8.3.1. Condition expérimentales

Pour faire varier la fréquence de rotation d'un moteur asynchrone, l'idéal consiste à faire varier la fréquence de synchronisme, donc la fréquence des tensions d'alimentations.

ns = fp

On peut assimiler une phase du stator et la phase correspondante du rotor à un transformateur monophasé parfait dont le secondaire est court-circuité.
Au stator, comportant N spires par phase, on écrit la formule de Boucherot :

V = 4,44 . N . f . Φmax

Φmax = 1 4,44.N . Vf = a . Vf
a est une constante.

Afin de faire fonctionner le circuit magnétique dans les meilleurs conditions possibles, il est souhaitable de maintenir le flux magnétique constante, pour cela, il faut que le rapport de la valeur efficace de la tension entre phase et neutre et la fréquence, Vf soit maintenu constant.

Flux constant ⇒ Vf =constante

8.3.2. Caractéristiques mécaniques

Afin de régler V et f tel que Vf =cte , on utilise un convertisseur statique appelé « onduleur autonome » pour alimenter le moteur.

On relève les caractéristiques mécaniques pour différente valeur de f en maintenant Vf constant. Seules les parties utiles des caractéristiques sont représentées (ici pour un moteur hexapolaire de tension entre phase et neutre nominale 230 V) :

Réseau de caractéristiques mécaniques à U/f constant
Fig 9 : Réseau de caractéristiques mécaniques pour différentes valeurs de V et f (seules les parties
utiles de ces caractéristiques sont représentées). La caractéristique bleue correspond au démarrage
du moteur sous charge nominale.

Les caractéristiques se décalent parallèlement à elles-mêmes comme pour le moteur à courant continu à excitation indépendante constante et tension d'induit réglable. C'est un fonctionnement quasiment idéal, car le couple utile nominale est accessible quelque soit la vitesse de rotation et pour une valeur constante du couple utile, la différence Δns = ( ns - n ) reste identique.

8.3.3. Démarrage du moteur

Pour démarrer le moteur sous son couple utile nominal, il faut se placer sur la caractéristique bleue. On lit graphiquement ns = 50 tr/min donc f = 2,5 Hz et V = 11,5 V .

8.3.4. Réglage de la vitesse

Pour augmenter la vitesse de rotation, il suffit d'augmenter proportionnellement V et f .

8.3.5. Conclusion

Alimenter à Vf constant, le moteur asynchrone se comporte comme un moteur à courant continu à excitation indépendante constante et tension d'induit réglable, sans présenter les inconvénients dus au système balais-collecteurs. Ainsi, pour la traction, dans les systèmes modernes le moteur asynchrone remplace avantageusement le moteur à courant continu.

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