Le moteur asynchrone triphasé

CI 3
Nom : ________________
1 / 18
ACTIONNEUR ELECTRIQUE
Le moteur asynchrone triphasé
©BE
SOMMAIRE
CONSTITUTION ............................................................................................................................................... 1
MAINTENANCE ................................................................................................................................................ 3
TYPES ET PRINCIPE DE MONTAGE DES ROULEMENTS A BILLES. ........................................................... 3
CHARGES AXIALES ADMISSIBLE .................................................................................................................. 4
PROCEDURE DE DEMONTAGE & DE REMONTAGE DES ROULEMENTS ................................................... 5
LA PLAQUE SIGNALETIQUE ........................................................................................................................... 6
CHOIX DU COUPLAGE.................................................................................................................................... 6
COUPLE DE SERRAGE SUR LES ECROUS DE LA PLAQUE A BORNES. .................................................... 7
SENS DE ROTATION ....................................................................................................................................... 7
MOTEUR A DEUX ENROULEMENTS - DAHLANDER ..................................................................................... 7
MOTEUR A DEUX ENROULEMENTS SEPARES ............................................................................................ 8
INDICE DE PROTECTION................................................................................................................................ 9
CLASSES D’ISOLATION .................................................................................................................................. 9
FIXATION DES MOTEURS ............................................................................................................................ 10
CONTROLE DU MOTEUR ASYNCHRONE .................................................................................................... 11
FORMULES .................................................................................................................................................... 12
MODES DE DEMARRAGE ............................................................................................................................. 13
MODES DE FREINAGE.................................................................................................................................. 16
LE MOTEUR MONOPHASE ........................................................................................................................... 17
LES RELAIS A SONDES A THERMISTANCES PTC...................................................................................... 18
Le moteur électrique asynchrone a pour rôle de TRANSFORMER
l’énergie électrique apportée par le courant alternatif (distribué par
EDF) en énergie mécanique de rotation.
CONSTITUTION
Trois bobines, fixées sur un circuit magnétique appelé stator, sont
alimentées par un réseau de tension triphasé.
Ces trois tensions étant déphasées chacune de 120°, elles produisent au
travers des bobinages statorique un champ magnétique tournant
s’exerçant sur un cylindre en aluminium appelé rotor.
Le rotor se met alors à tourner dans le même sens que le champ tournant
mais à une vitesse légèrement plus faible d’où le terme asynchrone.
Les principales parties d’un moteur asynchrone triphasé sont :
•
•
•
•
•
Le stator qui produit un champ magnétique tournant ;
Le rotor qui, entraîné par ce champ tournant, produit de l’énergie mécanique.
Les flasques : ils ferment le carter moteur aux deux extrémités et sont réalisés en fonte
grise ou en aluminium injecté. Les flasques sont centrés sur le carter et réunis entre eux par
des tirants ou tiges d’assemblage.
L’arbre du rotor : le rotor est monté sur un arbre en acier. A une de ses extrémité est
monté le ventilateur et éventuellement le frein, à l’autre on trouve l’arbre de sortie avec une
rainure de clavetage pour le montage du pignon d’entraînement.
Le carter : généralement réalisé en aluminium injecté pour les petits moteurs et en fonte
grise pour les gros moteurs. La boîte à bornes dans laquelle s’effectuent les branchements
est fixée sur le dessus ou sur le côté.
CI 3
Nom : ________________
2 / 18
ACTIONNEUR ELECTRIQUE
Le moteur asynchrone triphasé
©BE
•
•
Le ventilateur : placé à l’arrière du moteur, il permet le refroidissement du moteur. Le capot
oriente le flux d’air vers les ailettes du carter.
Les roulements : sur le moteur proposé, le guidage en rotation de l’arbre se fait par deux
roulements à billes montés dans les flasques (d’autres combinaisons sont possibles).
La fréquence du courant étant, en France, de 50 hertz (50
périodes par secondes), le champ magnétique tourne à une
fréquence de 50 rotations par seconde, soit 3000 rotations à la
minute.
Dans la pratique, il se produit un glissement entre le champ
tournant et le rotor : la fréquence de rotation de ce dernier
sera, en charge normale environ 2850 rotations à la minute.
La rondelle élastique de précharge, permet de compenser le jeu axial, de montage des roulements.
CI 3
Nom : ________________
3 / 18
ACTIONNEUR ELECTRIQUE
Le moteur asynchrone triphasé
©BE
MAINTENANCE
Le moteur asynchrone triphasé ne demande que très peu d’entretien tout en restant fiable au
niveau du fonctionnement.
Ce type de moteur ne pose pas de problème en maintenance. Toutefois il est recommandé
d’effectuer une surveillance régulière sur la grille de protection du ventilateur et de procéder à un
nettoyage régulier si le moteur fonctionne en atmosphère polluée.
Sur les moteurs actuels, les roulements sont graissés à vie, donc exempts de tout entretien
préventif.
Remplacement éventuel des roulements : Cette intervention, dite mécanique, est la seule
pouvant intervenir sur ce type de matériel. Il convient de remplacer les deux roulements par des
roulements de référence identique.
TYPES ET PRINCIPE DE MONTAGE DES ROULEMENTS A BILLES.
CI 3
Nom : ________________
4 / 18
ACTIONNEUR ELECTRIQUE
Le moteur asynchrone triphasé
©BE
CHARGES AXIALES ADMISSIBLE
Charge axiale admissible en daN, sur le bout d’arbre principal pour montage
standard des roulements. Durée de vie nominale des roulements : 250000 h.
*Les charges axiales indiquées sont pour les montages de roulements AV bloqués.
ACTIONNEUR ELECTRIQUE
CI 3
Nom : ________________
Le moteur asynchrone triphasé
5 / 18
©BE
PROCEDURE DE DEMONTAGE & DE REMONTAGE DES ROULEMENTS
Extraire les roulements de l’axe du rotor.
Il faut utiliser un extracteur à deux ou trois branches.
Huiler la portée du roulement.
Les griffes doivent prendre appui sur la bague intérieure et la vis doit
appuyer au centre de l’arbre du moteur.
Emmancher le roulement en frappant sur un tube qui
prend appui sur la bague intérieure.
Le marteau peut avantageusement être remplacé par une
presse hydraulique.
IL NE FAUT PAS
Appuyer sur la bague extérieure.
Frapper directement sur le
roulement.
Compléments.
Si le roulement est monté serrer dans l’alésage, utiliser
une tige en acier doux arrondie à l’extérieure.
Si le roulement est à rotule, basculer la cage et extraire la
bague extérieure avec un extracteur dont les griffes sont
retournées.
CI 3
Nom : ________________
6 / 18
ACTIONNEUR ELECTRIQUE
Le moteur asynchrone triphasé
©BE
LA PLAQUE SIGNALETIQUE
La plaque signalétique d’un moteur asynchrone (moteur électrique) est la carte d’identité du moteur
délivrée et certifiée par le constructeur.
Elle contient donc les caractéristiques nominales électriques du moteur.
CHOIX DU COUPLAGE
Afin d’adapter électriquement un moteur (et éviter de le griller !!) par rapport à l’alimentation
électrique distribuée sur le réseau il est IMPERATIF de coupler les enroulements du moteur.
La tension du réseau doit correspondre à la tension que supporte un enroulement du moteur.
La plus petite tension inscrite sur la plaque
signalétique du moteur correspond à la tension
que supporte un enroulement.
En effet, dans le montage triangle, un enroulement
est câbler entre deux fils de phases.
Alors que dans un montage étoile, deux
enroulements sont câbler entre deux fils de
phases.
Si la tension la plus Elevée, du moteur,
correspond à la tension du réseau, le
couplage sera Etoile.
Si c’est l’autre tension, alors le couplage
sera Triangle.
CI 3
Nom : ________________
ACTIONNEUR ELECTRIQUE
7 / 18
Le moteur asynchrone triphasé
©BE
Exemple :
Tension réseau : 400 V.
Tension moteur : 400 / 660 V
Le couplage à effectuer est : triangle.
En plus des 6 bornes des bobinages, on trouve dans la boîte à bornes, une borne de Protection
Electrique (PE) du moteur qui doit être reliée à la borne PE de l’installation.
COUPLE DE SERRAGE SUR LES ECROUS DE LA PLAQUE A BORNES.
SENS DE ROTATION
Le moteur asynchrone triphasé tourne dans un sens (celui de son champ magnétique tournant). Pour
inverser le sens de rotation, il suffit de permuter deux des trois phases d’alimentation du moteur.
MOTEUR A DEUX ENROULEMENTS - DAHLANDER
Le moteur Dahlander dispose de deux vitesses de rotation par couplage d’enroulement (ou couplage de pôles).
Il possède deux bobinages par phases que l’on peut coupler en parallèle (une
paire de pôles) ou en série (deux paires de pôles).
En associant les deux bobinages en parallèle, leurs actions
vont se superposer et ils se comporteront comme un seul
enroulement (une paire de pôles). Le moteur tournera à sa
vitesse maximale.
En associant deux bobinages en série, on double le nombre
de paires de pôles (deux paires de pôles). La vitesse du
moteur est divisée par 2.
CI 3
Nom : ________________
8 / 18
ACTIONNEUR ELECTRIQUE
Le moteur asynchrone triphasé
©BE
Couplage parallèleétoile.
Grande vitesse.
Couplage sérietriangle. (notez qu’il
n’y a pas de
barrettes de
couplage).
Petite vitesse.
MOTEUR A DEUX ENROULEMENTS SEPARES
Le moteur à deux enroulements séparés correspond à l’assemblage de deux moteurs aux vitesses différentes dans la
même carcasse.
L’encombrement est plus important mais le rapport des vitesses peut être quelconque.
Dans la version présentée ici, le moteur est à couplage
étoile, mais il existe des moteurs à deux enroulements à
couplage étoile/triangle.
La commande d’un tel moteur utilise un contacteur
inverseur afin que les deux vitesses de rotation ne
puissent être commandées simultanément.
CI 3
Nom : ________________
9 / 18
ACTIONNEUR ELECTRIQUE
Le moteur asynchrone triphasé
©BE
INDICE DE PROTECTION
CLASSES D’ISOLATION
Les normes NF C51-111 et CEI 34-1 donnent pour chaque classe d’isolant, les températures
maximales admissibles.
Attention de ne pas confondre la température maximale supportée par l’isolant et la température
ambiante de fonctionnement.
Nom : ________________
CI 3
ACTIONNEUR ELECTRIQUE
10 / 18
Le moteur asynchrone triphasé
©BE
FIXATION DES MOTEURS
Il existe deux grandes familles de mode de fixation selon la norme CEI 34-7.
Nom : ________________
CI 3
ACTIONNEUR ELECTRIQUE
11 / 18
Le moteur asynchrone triphasé
©BE
CONTROLE DU MOTEUR ASYNCHRONE
Le contrôle électrique s’effectue en trois étapes
1 - continuité des enroulements (bobinages) (fig. 2).
Points de mesure:
- entre U1 et U2 (ou U et X).
- entre V1 et V2 (ou V et Y).
- entre W1 et W2 (ou W et Z).
Le résultat attendu doit être différent de 0 W et de ¥ (ohmmètre
sur un calibre intermédiaire). La résistance doit être identiques
pour les trois enroulements.
Si R= 0, cela indique un court-circuit.
Si R= ¥, cela indique un enroulement coupé.
2 - isolements des enroulements entre eux (fig. 3).
Points de mesure:
- entre U1 et V1 (ou U et V).
- entre V1 et W1 (ou V et W).
- entre U1 et W1 (ou U et W).
Le résultat doit être une résistance très importante pour les trois
mesures (ohmmètre sur un très grand calibre).
3 - isolements des enroulements et la masse du moteur (fig. 4).
Vérifier que la borne de masse dans le boîtier est bien reliée à la
masse du moteur. Points de mesure:
- entre U1 ou U et la masse.
- entre V1 ou V et la masse.
- entre W1 ou W et la masse.
La valeur mesurée doit être très importante pour les trois
mesures (au moins 1,9 MW pour un moteur en 400 Volts
triphasé).
Le contrôle mécanique s’effectue en deux étapes
Mesure de la déformation éventuelle de l’arbre
Mesure du jeu éventuel dû à l’usure des roulements
Faire deux mesures. Faire tourner l’arbre du moteur de 90° et recommencer les mesures.
Nom : ________________
CI 3
ACTIONNEUR ELECTRIQUE
12 / 18
Le moteur asynchrone triphasé
©BE
FORMULES
Le moteur asynchrone transforme l’énergie électrique en énergie mécanique.
Grandeur d’entrée
U.I cos ϕ
Nombre de phases
Grandeurs de sortie
P (W) ; N (tr .mn) ;
C (Nm)
1 – Grandeurs d’entrées :
La puissance électrique absorbée par un moteur à courant alternatif :
En monophasé
En triphasé
P = UI cos ϕ
P = UI √3 cos ϕ
2 – Grandeurs de sortie :
La puissance mécanique est celle obtenue sur l’arbre du moteur :c’est celle qui désigne la
puissance nominale du moteur.
Avec P : W
P = Cω
ω
C : mN
ω : rd / s
La vitesse angulaire : s’exprime, à partir de la vitesse de rotation par la formule
ω = 2π
πn
La vitesse de rotation : d’un moteur asynchrone est liée au nombre de paires de pôles et à la
fréquence par la rotation
n ( tr / s ) : vitesse de synchronisme
f ( Hz ) : Fréquence électrique
p : nombre de paire de pôle
n=f/p
Rendement
η = Pu / Pa
Pu et Pa en Watt
Nom : ________________
CI 3
ACTIONNEUR ELECTRIQUE
13 / 18
Le moteur asynchrone triphasé
©BE
MODES DE DEMARRAGE
Démarrage direct
Ce type de démarrage est réservé aux moteurs
de faible puissance devant celle du réseau, ne
nécessitant pas une mise en vitesse progressive.
Le couple est énergique, l'appel de courant est
important (5 à 8 fois le courant nominal).
Démarrage étoile - triangle
Ce type de démarrage est réservé aux
machines démarrant à vide ou dont le
couple résistant est faible. L'intensité de
démarrage est divisée par 3, mais le couple
de démarrage aussi (proportionnel au carré
de la tension d'alimentation des
enroulements).
Démarrage statorique
Nom : ________________
CI 3
ACTIONNEUR ELECTRIQUE
14 / 18
Le moteur asynchrone triphasé
©BE
Ce type de démarrage à des caractéristiques
comparables au démarrage étoile - triangle.
Il n'y a pas de coupure de l'alimentation du
moteur entre les deux temps de démarrage.
Démarrage rotorique
Le courant de démarrage est limité, sans que le
couple soit réduit. Ce type de démarrage
nécessite un moteur à bagues (rotor bobiné).
Le couple ne dépend que du rapport R2/g.
avec :
Cmax et Cmin sont fixés par le cahier des charges,
g2 et g3 sont déterminés sur la caractéristique
" naturelle " du moteur. Connaissant la valeur de
la résistance du bobinage rotorique r, on
détermine les valeurs des résistances de
démarrage R et R'.
Moteur à double cage
La cage externe est plus " résistive " (laiton), la cage interne présente une inductance plus élevée.
Au démarrage, le moteur se comporte comme un transformateur : la fréquence des courants
rotoriques est élevée (50Hz). Le courant circule essentiellement dans la cage externe, car
l'impédance de la cage interne (L.w ) est plus élevée. Au fur et à mesure que la vitesse du moteur
augmente, la fréquence des courants rotoriques diminue, le courant circule progressivement dans la
cage interne.
Nom : ________________
CI 3
ACTIONNEUR ELECTRIQUE
15 / 18
Le moteur asynchrone triphasé
©BE
Moteur à encoches profondes
Lors du démarrage, les courants rotoriques sont refoulés vers la périphérie des barres du rotor : la
résistance " utile " du rotor est donc augmentée.
Différentes sections de barres rotoriques utilisées:
Moteur à cage résistante
Le courant de démarrage est limité, sans que le couple soit diminué.
Démarreurs progressifs et contacteurs à semi-conducteurs (électroniques)
M ~ U2, n = constant
UBoost = tension initiale (réglable)
tRamp = temps de rampe (réglable)
Convertisseurs de fréquence (électroniques)
M ~ U/f, n = variable
U2 = tension de sortie (réglable)
UBoost = tension initiale (réglable)
tRamp = temps de rampe (réglable)
Nom : ________________
CI 3
ACTIONNEUR ELECTRIQUE
16 / 18
Le moteur asynchrone triphasé
©BE
MODES DE FREINAGE
Freinage par contre - courant
Lors du freinage, il y a ouverture de KM1 puis
fermeture de KM2 : le moteur est alimenté par
un champ statorique inverse. Les pointes de
courant sont très importantes et il est conseillé
d'insérer un jeu de résistances pour limiter ce
courant. KM2 doit s'ouvrir dès l'arrêt du moteur,
pour éviter un redémarrage en sens inverse : il
est donc nécessaire de prévoir un capteur
détectant l'absence de rotation (capteur
centrifuge).
Freinage par injection de courant continu
Le freinage de la machine est obtenu par
injection de courant continu entre deux
phases du stator du moteur.
Lorsque l'ordre de démarrage est donné, KM1 se ferme et le moteur se
met en rotation.
Lorsque l'arrêt est demandé, KM1 s'ouvre, puis KM2 se ferme
Un courant continu (limité par la résistance R) est envoyé dans le stator.
Le moteur se comporte comme un alternateur en court-circuit
L'inducteur, constitué par 2 phases du stator, produit un champ
magnétique fixe.
L'induit, constitué par le rotor en court - circuit, tourne dans ce champ
magnétique.
Des courants rotoriques apparaissent : l'énergie cinétique est
transformée en pertes par effet Joule au niveau du rotor : le moteur
ralentit. Lorsque le moteur est à l'arrêt, KM2 s'ouvre.
Module de freinage BA9034 de Dold
Ce module est alimenté en 400 V (bornes L1 et L2).
Le courant continu est injecté au moteur par les bornes T1 et T2.
Il est produit par redressement commandé mono alternance avec diode
de roue-libre : le thyristor permet le réglage et la limitation du courant à
la valeur choisie (2 x In).
Le courant de freinage (25 A maxi) peut être réglé en face avant du
module par un trimmer gradué en %
Le freinage se produit lorsque le contacteur de freinage se ferme.
La borne T3 permet de contrôler l'arrêt du moteur : un trimmer en face
avant du module règle le seuil de vitesse nulle.
Si la borne T3 n'est pas connectée, le freinage s'effectue pendant une
durée maximale de 15 secondes.
Nom : ________________
CI 3
ACTIONNEUR ELECTRIQUE
17 / 18
Le moteur asynchrone triphasé
©BE
Moteur frein
Le moteur est muni d'un frein électromagnétique
à disque monté du côté opposé à l'arbre de
sortie. En l'absence de courant (ouverture de
KM1 ou coupure du réseau), un ressort de rappel
permet d'assurer le freinage. C'est un élément
important de sécurité, en particulier dans les
applications de levage.
LE MOTEUR MONOPHASE
C'est le moteur qui équipe le gros appareillage électroportatif : scies circulaires de chantier, tondeuses à
gazon... mais aussi des motos-pompes, des ventilateurs, des circulateurs de chauffage central... Un seul
bobinage ne pouvant pas créer un champ tournant, ce moteur est constitué de deux bobinages.
Le premier, le bobinage principal, est alimenté par le réseau.
Le second, le bobinage auxiliaire, se trouve en série avec un condensateur qui provoque un déphasage de
radian (90 °).
Nom : ________________
CI 3
ACTIONNEUR ELECTRIQUE
18 / 18
Le moteur asynchrone triphasé
©BE
LES RELAIS A SONDES A THERMISTANCES PTC
En contrôlant directement la température des enroulements statoriques, les relais à sondes
protègent les moteurs contre les échauffements quelle qu’en soit l’origine (surcharge, élévation de
la température ambiante, défaut du circuit de ventilation, fréquence de démarrage trop élevée,
marche par à-coups, ......).
Ce mode de protection ne peut être utilisé que si des sondes ont été incorporées aux enroulements
lors de la fabrication du moteur (ou du rebobinage de celui-ci).
Les relais à sondes peuvent également être utilisés pour surveiller les échauffements des organes
mécaniques des moteurs ou d’autres matériels susceptibles de recevoir une sonde (paliers, circuits
de graissage, radiateurs de semi-conducteurs, fluides de refroidissement, résistances de
démarrage,...).
Ce système de protection contrôle la température réelle de l’élément à
protéger.
Il est composé:
- d’une ou plusieurs sondes à thermistances à coefficient de
température positif (PTC) (composant statique dont la résistance
augmente brutalement quand la température atteint un seuil prédéfini,
nommé Température Nominale de Fonctionnement «TNF»).
- d’un dispositif électronique qui mesure en permanence la résistance
sondes.
des