Dr Moteur Asynchrone12

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