Notions generales sur les machines asynchrone

NOTIONS GENERALES SUR LES MACHINES ASYNCHRONE

La machine asynchrone, ou machine à induction, est une machine électrique à courant alternatif sans connexion entre le stator et le rotor .Elle transforme l’énergie électrique en énergie mécanique ou l’énergie mécanique en électrique. Les courants qui y circulent dans le stator constituent l’unique source externe de champ magnétique : le rotor n’est pas relié à une source d’énergie électrique et soumis a un couple de forces magnétiques qui lui fait tourner à la vitesse n<ns (vitesse du synchronisme) donc n n’est pas synchronisée avec ns d’où l’appellation de machine ASYNCHRONE.

éléments constitutifs

stator

Le stator est composé de disques en tôles d’acier de silicium feuilletés et poinçonnés pour former une couronne circulaire. Sa surface intérieure est munie d’encoches dans lequel sont logés des enroulements. Les pertes fer dans ce circuit magnétique est de l’ordre de 1,4 à 2,6W /Kg. Ces valeurs varient en fonction de la minceur de la tôle empilée ; plus l’épaisseur d’une tôle est minime et moins les pertes de fer sont soulignées.

rotor

Le rotor est constitué d’un tambour en tôle isolé et poinçonné afin de former des encoches qui serviront à loger le bobinage rotorique. L’enroulement statorique seul est branché sur le réseau ; le bobinage du rotor n’est relié à aucune source de courant. Ce qui permet de comparer le moteur à un transformateur dont le primaire est constitué par l’enroulement du stator et le secondaire à celle du rotor. On distingue 2 types de rotor selon la nature de l’enroulement dans l’encoche :

Rotor bobiné ou rotor à bague
Le rotor bobiné doit présenter le même nombre de paires de pôles que le stator. En général, les enroulements sont couplés, en étoile sur une extrémité et les autres extrémités sont ramenées sur les trois bagues. Les balais assurent un contact frottant, de plus, certaines bagues possèdent des rainures en forme d’hélice afin d’assurer un auto nettoyage et un meilleur contact.

Rotor à cage d’écureuil ou en court-circuit
La cage d’écureuil est obtenue par injection d’aluminium (ou de cuivre) au travers des encoches ou des perforations des tôles magnétiques constituant le rotor. L’oxydation de l’aluminium au contact des tôles magnétiques durant l’injection, a pour effet d’isoler la cage des tôles. La forme des encoches influe sur le couple, et le courant d’appel au démarrage. Plus les encoches sont effilés vers la périphérie du rotor moins le couple de démarrage et le courant d’appel sont importants, et inversement.

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

Le stator étant relié à un réseau électrique : Les courants statoriques créent un champ magnétique tournant dans le stator. La fréquence de rotation de ce champ estimposée par la fréquence des courants statoriques, c’est-à-dire que sa vitesse de rotation est proportionnelle à la fréquence de l’alimentation électrique. Dans le cas du moteur triphasé, trois champ magnétiques sont ainsi créés .Compte tenu de la nature du courant sur le réseau triphasé, les trois champs sont déphasés et le champ magnétique résultant tourne à la même fréquence que le courant soit 50tr/s.

L’enroulement au rotor est donc soumis aux variations de flux (du champ magnétique). Une force électromotrice induite apparaît, crée des courants rotoriques. Ces courants sont responsables de l’apparition d’un couple selon la loi de Laplace .Comme le rotor est cylindrique, il est soumis à un couple moteur, tend à le mettre en mouvement afin de s’opposer à la variation de flux selon la Loi de Lenz .Le rotor se met donc à tourner pour tenter de suivre le champ statorique. Le rotor ne peut pas tourner à la même vitesse que le champ magnétique sinon la cage ne serait plus balayée par le champ tournant et il y aurait disparition des courants induits et donc des forces de Laplace et du couple moteur. Les deux fréquences de rotation ne peuvent donc pas être synchrones d’où le nom de moteur asynchrone.

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Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I: NOTIONS GENERALES SUR LES MACHINES ASYNCHRONE
I. CONSTITUTION ET PRINCIPE DE BASE
I.1. Vue éclatée
I.2. éléments constitutifs
I.2.1. stator
I.2.2. rotor
I.2.2.1. Rotor bobiné ou rotor à bague
I.2.2.2. Rotor à cage d’écureuil ou en court-circuit
II. RAPPORT ENTRE MACHINE ASYNCHRONE MONOPHASE ET TRIPHASE
III. DEMARRAGE DES MACHINES ASYNCHRONES
III.1. Démarrage sous tension réduite
III.1.1. Démarrage étoile-triangle
III.1.2. Démarrage par autotransformateur
III.1.3. Démarrage résistif
III.2. Démarrage rotorique
IV. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
V. CIRCUIT MAGNETIQUE : GRANDEURS PHYSIQUES D’INFLUENCE
V.1. Champ magnétique tournant
V.2. Force magnétomotrice
V.3. Glissement
VI. CARACTERISTIQUES DES MACHINES ASYNCHRONES
VI.1. Couple en fonction du fréquence de rotation
VI.2. Variation des grandeurs caractéristiques du Moteur
VI.3. Particularités des moteurs monophasés
VI.3.1. Les enroulements
VI.3.2. Branchement d’un condensateur
VI.4. Les domaines de fonctionnement
VII. FORME ET CALCUL DE BOBINAGE
VII.1. Type, Forme, et positionnement de bobinage
VII.1.1. Formes de bobinage
VII.1.2. type de bobinage
VII.1.3. Positionnement
VII.2. Principe de bobinage
VII.2.1. Conducteurs
VII.2.2. Section
VII.2.3. pas d’une section
VII.3. Exécution des schémas de bobinage
CHAPITRE II : LES PARAMETRES ELECTRIQUES DU MOTEUR AVANT BOBINAGE
I. Plaque signalétique
II. Mesure et essai effectués
II.1. Mesure du caractéristiques à vide et à court-circuit
II.2. Mesure de résistance de l’enroulement principale et de l’inductance L
III. Schémas de bobinage de l’enroulement
Chapitre III : REDIMENSIONNEMENT DE LA MACHINE ASYNCHRONE
I. Etude préliminaire
II. Repérage du bobinage pour 24 encoches*
III. Caractéristiques physiques du moteur
IV. Détermination des différentes coefficients
IV.1. Entrefer
IV.2. Coefficient d’entrefer
IV.3. Facteur de distribution
IV.4. Facteur de forme de la courbe d’induction
IV.5. Coefficient de flux
IV.6. Coefficient de remplissage
IV.7. Coefficient dépendant du degré de saturation de la dent du Stator et du rotor
IV.8. Coefficient de remplissage de paquet de tôle
V. Force Magnétomotrice Et induction magnétique
V.1. Induction magnétique dans l’entrefer
V.2. La force magnétomotrice qui crée le flux
V.3. Induction dans la dent
V.4. Induction dans la culasse
VI. Dimensionnement des enroulements et paramètres électriques du moteur
VII. Calcul de la Capacité nécessaire pour créer le champ tournant
VIII. Raccordement sur plaque à borne
CHAPITRE IV : BILAN GENERAL ET ESSAI DU MOTEUR REBOBINE
I. Bilan de puissance
II. Calcul des pertes
II.1. Pertes dans le Fer
II.2. Pertes Joule
II.3. Pertes supplémentaires
III. Calcul des échauffements
III.1. Echauffement des bobinages du Stator
III.2. Échauffement du cuivre par rapport au Fer
III.3. Échauffement des tôles par rapport à l’air de ventilation
III.4. Échauffement de l’air de ventilation ∆Ѳva
III.5. Mesure de la nouvelle caractéristique du moteur asynchrone Mesure du caractéristiques à vide et à court-circuit
III.6. Mesure de résistance de l’enroulement principale et de l’inductance L
IV. Diagramme de cercle
IV.1. Valeurs des paramètres du diagramme de cercle avant bobinage
IV.2. Lecture du diagramme de cercle
IV.3. Courbes caractéristiques
CHAPITRE V : PROGRAMMATION : CALCUL DU DIAMETRE DE FILS EMAILLES DES MOTEURS ASYNCHRONES MONOPHASES
I. Objectif du logiciel
I.1. Flux d’induction mutuelle
I.2. Nombre de spires
I.3. Diamètre du conducteur
I.4. Section du conducteur
I.5. Section du conducteur à loger dans l’encoche
II. Présentation du logiciel
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXE