LE REGIME TRANSITOIRE AU DEMARRAGE D’UN MOTEUR ASYNCHRONE

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LE ROTOR A CAGE D’ECUREUIL :

le rotor à simple cage :

Dans des trous ou dans des encoches disposés vers l’extérieur du cylindre et parallèlement à son axe sont placés des conducteurs en cuivre ou en Aluminium. A chaque extrémité, ceux-ci sont raccordés sur une couronne de même nature. L’ensemble a l’aspect d’une cage d’écureuil, d’où le nom de ce type de rotor.
Sur certains moteurs, la cage d’écureuil est entièrement moulée. L’aluminium injecté sous pression est fréquemment utilisé, lesailettes de refroidissement, coulées lors de la même opération font masse avec le rotor. Ces moteurs ont un couple de démarrage relativement faible et l’intensité absorbée lors de la mise sous tension est très supérieure à l’intensité nominale.

le rotor à double cage :

Ce rotor comporte deux cages concentriques ; l’une extérieure assez résistante, l’autre intérieure à résistance plus faible. Au début du démarrage, le flux étant à fréquence élevée, les courants induits s’oposent à sa pénétration dans la cage intérieure.
Le couple produit par la cage extérieure résistante est important et l’appel de courant est réduit. En fin de démarrage, la fréquence diminue dans le otor, le passage du flux à travers la cage intérieure est plus facile, le moteur se comporte alors sensiblement comme s’il était construit avec une seule cage peu résistante.
En régime établi, la vitesse correspondant au couple nominal n’est que très légèrement inférieure à celle du moteur à simple cage.

LE ROTOR BOBINE :

Le rotor comporte un enroulement bobiné à l’intérieur d’un circuit magnétique constitué de disques en tôles empilées sur l’arbrede la machine. Cet enroulement est obligatoirement polyphasé, même si le moteur es t monophasé, et, en pratique, toujours triphasé à couplage en étoile.
Les extrémités des enroulements rotoriques sont sorties et reliées à des bagues montées sur l’arbre, sur lesquelles frottent des balais en carbone. On peut ainsi mettre en série avec le circuit rotorique des éléments de circuit complémentaires (résistances, électronique de puissance…) qui permettent des réglages de la caractéristique couple/vitesse. Ce type de moteur est utilisé essentiellement dans des applications où les démarrages sont difficiles et/ou nombreux.

CAS DU MOTEUR A CAGE :

Les barres métalliques constituant la cage d’écureuil sont coupées par le champ tournant produit par le stator, ce qui donne naissance à des courants induits intenses.
Ceux-ci réagissent sur le champ tournant en donnant un couple moteur qui provoque la rotation de la cage.

CAS DU MOTEUR A BAGUE :

Les enroulements du rotor sont couplés par l’intermédiaire des bagues et des balais sur une batterie à 3 résistances réglables et montées en étoile.
Coupés par le champ tournant, les conducteurs formant les enroulements rotoriques produisent des courants induits qui parcourent la batterie à résistance. Ces courants étant presque en phase avec les forces électromotrices qui les produisent, le couple de démarrage est très énergique et le rotor est entraîné dans le sens du champ tournant.

COURBES CARACTERI

Il en résulte alors des pointes importantes de courant et de couple au passage « étoile-triangle ». Ces considérations peuvent conduire à renoncer au démarreur « étoile-triangle » pour les machines à caractéristiques centrifuges, surtout audelà d’une certaine puissance (par exemple 30kW).
Par ailleurs, il faut remarquer que le courant qui traverse les enroulements du moteur est discontinu. En effet, il est interrompu au moment de l’ouverture du contacteur « étoile » pour se rétablir brutalement (sous la pleine tension du réseau) lors de la fermeture du contacteur « triangle ». (Cf schéma de puissance).
Au-delà d’une certaine puissance, il est donc conseillé soit de renoncer au démarrage étoile-triangle, soit d’utiliser une variante permettant de limiter les phénomènes transitoires.
Parmi ces variantes :
– « Etoile-triangle avec temporisation au passage étoile-triangle » : nécessite une machine à couple résistant très faible et d’inertie suffisante pour éviter une baisse de vitesse notable pendant la temporisation (en général 1 à 2s).
– Démarrage en 3 temps : étoile-triangle + résistance triangle : la coupure subsiste, mais une résistance est mise en série avec les enroulements couplés en triangle, pendant environ 3 secondes.
– Démarrage « étoile-triangle sans coupure » : la résistance destinée à se trouver temporairement en série avec le couplage triangle est branchée immédiatement avant l’ouverture du contacteur étoile afin d’éviter toute interruption du circuit.
Remarque : L’étude détaillée de ces variantes sortirait du cadre de cette présentation. Le démarrage étoile-triangle convient donc bien aux machines démarrant à vide ou à couple résistant faible.

GRADATEUR TRIPHASE A CHARGE RESISTIVE ET INDUCTIVE

DEFINITION :

On appelle gradateur un dispositif technologique qui permet de commander et de régler le courant débité par une source de tension alternative sinusoïdale dans un récepteur.
On obtient à la sortie du gradateur une tension alternative de même fréquence que la source d’alimentation, mais de valeur efficace réglable.
L’élément fondamental d’un système gradateur est le montage anti-parallèle de 2 thyristors qui fonctionnent en commutation naturelle (i.e. que le courant dans chaque semi-conducteur s’annule de lui-même à la fin de l’intervalle normale de conduction de ce semi-conducteur)
Réseau
Par action sur l’instant d’amorçage des thyristors, on peut varier de façoncontinue l’énergie transmise à la charge.

DISPOSITIFS DE COMMANDE DE GACHETTES DES THYRISTORS

Pour que les thyristors soient à l’état passant, il est nécessaire d’appliquer des impulsions positives à leurs gâchettes. Ces impulsions doivent avoir un certain angle d’allumage α par rapport au point d’intersection des tensions alternatives alimentant le gradateur. On peut varier α à l’aide d’une tension de commande Ucm continue.

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

La figure ci-dessous montre schématiquement les parties essentielles d’un dispositif de commande de gâchettes.
La tension de référence sinusoïdale Ur est obtenue en intégrant la tension sinusoïdale de la tension d’alimentation.
Après, on compare cette tension Ur avec une tension de commande Ucm continue. La différence Ucm-Ur est appliquée à l’entrée d’une bascule de Schmitt 1, après avoir éliminé sa composante négative. Cette bascule de Schmitt convertit la tension sinusoïdale verticalement en une tension rectangulaire. Le flanc montant de cette tension est déphasé par rapport au passage par la valeur de crête de la tension Ur. Une bascule monostable 2, agissant sur le flanc montant fournit des impulsions sous forme d’un signal logique C. La durée de basculement de la bascule monostable détermine la durée des impulsions d’allumage.
Enfin, par l’intermédiaire d’un amplificateur 3 qui amplifie ce signal logique C, et d’un transformateur d’impulsion 4. On obtient des impulsions aptes à allumer le thyristor Th. Ce transformateur d’impulsion est utilisé pour garantir une séparation galvanique entre le circuit de commande et le circuit de puissance.

RESULTATS ET INTERPRETATION :

REGIME TRANSITOIRE AU DEMARRAGE DIRECT :

Le moteur asynchrone est directement alimenté sur le réseau triphasé .le couple résistant est de la forme paraboliqueCr = k × n2 (cas des machines centrifuges, machines démarrant à vide comme pompes, ventilateurs….)
Si on voudrait changer les paramètres caractéristiques d’un bloc ; on fait une double clique sur ce et une fenêtre de dialogue apparaît. Par exemple, les paramètres du moteur utilisés sont :
Rs : résistance statorique ; R’r : résistance rotorique ramenée au stator
Lls : inductance de fuite statorique ; Ll’r : inductance de fuite rotorique ramenée au stator ; Lsr : inductance mutuelle
J : moment d’inertie ; p : nombre de paire de pole
Les conditions initiales

Table des matières

Introduction
Première partie : LES PHENOMENES TRANSITOIRES AU DEMARRAGE DES MOTEURS ASYNCHRONES TRIPHASES A CAGE D’ECUREUIL
Chapitre 1 : GENERALITES SUR LES MOTEURS ASYNCHRONES TRIPHASES
1.1. Constitution d’un moteur asynchrone
1.1.1.le stator
1.1.2. le rotor
1.1.2.1.le rotor à cage d’écureuil
1.1.2.2.le rotor bobiné
1.2. Description du moteur
1.3. Principe de fonctionnement
1.4. Glissement
1.5.Equations principales
1.6. stabilité du moteur
1.6.1. cas général
1.6.2. point de fonctionnement
1.7. Couple résistant
1.8. remarque
chapitre 2 : LE REGIME TRANSITOIRE AU DEMARRAGE D’UN MOTEUR ASYNCHRONE
2.1. Modélisation du moteur asynchrone
2.1.1. Equations électriques en grandeur de phases
2.1.2.Changement de base de PARK
2.1.3. Couple électromagnétique
2.1.4. Equation mécanique du moteur
2.2. Résolution numérique
2.2.1. Résolution numérique des équations électriques
a) Equation d’état
b) transformation d’écriture des équation électriques
c) Résolution de l’équation d’état
2.2.2.Résolution numérique de l’équation dynamique du rotor
2.3. Courbes caractéristiques du moteur
2.4. Problèmes rencontrés au démarrage
2.5. Solutions au problèmes de démarrage
Deuxième partie :LES PROCEDES DE DEMARRAGE DES MOTEURS ASYNCHRONES TRIPHASES A CAGE D’ECUREUIL
Chapitre 3 :DEMARRAGE ETOILE TRIANGLE
3.1. Principe
3.2. Courbes caractéristiques
3.3. Schéma de circuit de puissance
3.4. Schéma de circuit de commande
Chapitre 4 : DEMARRAGESTATORIQUE A RESISTANCES
4.1. Principe
4.2. Courbes caractéristiques
4.3. Schéma de circuit de puissance
4.4. Schéma de circuit de commande
Chapitre 5 : DEMARRAGE PAR GRADATEUR DE TENSION
5.1. Gradateur à charge résistive et inductive
5.1.1. Définition
5.1.2. Gradateur triphasé
5.1.3. Caractéristiques relatives à la charge résistive et inductive
5.2. Moteur asynchrone triphasé alimenté par un gradateur
5.3. Dispositifs de commande de gâchettes des thyristors
5.3.1. Principe de fonctionnement
5.3.2. Circuit de commande d’un gradateur monophasé
5.3.3. Circuit de commande d’un gradateur triphasé
troisième partie : SIMULATION NUMERIQUE
Chapitre 6 : PRESENTATION ET EXPLOITATION DU LOGICIEL DE SIMULATION
6.1.Le logiciel DEMAS
6.2. guide d’utilisation
6.3. résultats et interprétation
6.3.1. régime transitoire au démarrage direct
6.3.2. démarrage étoile triangle
6.3.3.démarrage statorique à résistances
6.3.4.démarrage par gradateur de tension
Conclusion
Bibliographie

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