Machine asynchrone

La machine asynchrone, connue aussi sous le terme «anglo-saxon» de machine à induction, est une machine électrique à courant alternatif sans connexion entre le stator et le rotor.

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Machine électrique - Production de l'énergie électrique - Électrotechnique

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... pour le moteur synchrone : le rotor et bobiné apres l'exicitation en courant continue le rotor là à un pole nord et autre sud il suivre le champs tournant.... (source : )

Machine asynchrone 8 kW

La machine asynchrone, connue aussi sous le terme «anglo-saxon» de machine à induction, est une machine électrique à courant alternatif sans connexion entre le stator et le rotor. Les machines possédant un rotor «en cage d'écureuil» sont aussi connues sous le nom de machines à cage ou machines à cage d'écureuil. Le terme asynchrone provient du fait que la vitesse de ces machines n'est pas nécessairement proportionnelle à la fréquence des courants qui les traversent.

La machine asynchrone a longtemps été fortement concurrencée par la machine synchrone dans les domaines de forte puissance, jusqu'à l'avènement de l'électronique de puissance. La machine asynchrone est utilisée actuellement dans de nombreuses applications, surtout dans le transport (métro, trains, propulsion des navires), dans l'industrie (machines-outils), dans l'électroménager. Elle était à l'origine seulement utilisée en moteur mais, toujours grâce à l'électronique de puissance, elle est de plus en plus fréquemment utilisée en génératrice. C'est par exemple le cas dans les éoliennes.

Pour fonctionner en courant monophasé, les machines asynchrones nécessitent un dispositif de démarrage. Pour les applications de puissance, au-delà de quelques kilowatts, les moteurs asynchrones sont seulement alimentés par des dispositifs de courants triphasés.

Historique

La paternité de la machine asynchrone est controversée. Elle pourrait être attribuée à trois inventeurs : en 1887, Nikola Tesla dépose un brevet sur la machine asynchrone^[1]^,^[2], puis en mai de l'année suivante cinq autres brevets. Au cours de la même période Galileo Ferraris publie des traités sur les machines tournantes, avec une expérimentation en 1885, puis une théorie sur le moteur asynchrone en avril 1888^[3]. En 1889, Michail Ossipowitsch Doliwo-Dobrowolski, électricien allemand d'origine russe, invente le premier moteur asynchrone à courant triphasé à cage d'écureuil qui sera construit industriellement à partir de 1891^[4].

Du fait de sa simplicité de construction, d'utilisation et d'entretien, de sa robustesse et son faible prix de revient, la machine asynchrone est actuellement particulièrement fréquemment utilisée comme moteur dans une gamme de puissance allant de quelques centaines de watts à plusieurs milliers de kilowatts.

Lorsque la machine asynchrone est alimentée par un réseau à fréquence fixe, il est complexe de faire fluctuer sa vitesse. En outre, au démarrage, le couple est faible et le courant nommé est particulièrement élevé. Deux solutions historiques ont résolu ce dernier problème : le rotor à encoches profondes et le rotor à double cage découvert en 1912 par Paul Boucherot. Grâce aux progrès de l'électronique de puissance, l'alimentation par un onduleur à fréquence variable permet désormais de démarrer la machine convenablement et de la faire fonctionner avec une vitesse réglable dans une large plage. C'est pourquoi il est utilisé pour la motorisation des derniers TGV mais aussi des nouveaux métros parisiens^[5]^,^[6].

Intérieur d'une machine asynchrone diphasée, R. Alioth et Cie, n^o 1042, vers 1893.

Le stator, 4 paires de pôles.
Les deux borniers de raccordement.

Le rotor, cage constituée de bobinages de cuivre en court-circuit. Les encoches sont un peu inclinées.

Présentation

Rotor (a gauche) et stator (a droite) d'une machine asynchrone 0, 75 kW.

La machine se compose de deux pièces principales :

Le stator est relié au réseau ou à un variateur de vitesse.
Le rotor est constitué de conducteurs en court-circuit qui sont parcourus par des courants induits par le champ magnétique créé par les courants statoriques. C'est la principale différence avec une machine synchrone, laquelle a un rotor avec un champ magnétique provenant d'aimants permanents ou de bobines alimentées en courant continu.

Cette machine peut, selon sa construction, être reliée à un réseau monophasé ou polyphasé (généralement triphasé car c'est celui de la distribution).

La machine asynchrone est la machine électrique la plus utilisée dans le domaine des puissances supérieures à quelques kilowatts car elle offre alors le meilleur rapport qualité prix. En particulier depuis la naissance dans les années 1970 de variateurs servant à faire fluctuer la fréquence de rotation du moteur dans une large gamme^[7].

Bien que réversible, la machine asynchrone est essentiellement (mais pas exclusivement) utilisée en moteur.

Principes généraux

Les courants statoriques créent un champ magnétique tournant dans le stator. La fréquence de rotation de ce champ est imposée par la fréquence des courants statoriques, c'est-à-dire que sa vitesse de rotation est proportionnelle à la fréquence de l'alimentation électrique. La vitesse de ce champ tournant est nommée vitesse de synchronisme.

L'enroulement au rotor est par conséquent soumis à des variations de flux (du champ magnétique). Une force électromotrice induite apparaît qui crée des courants rotoriques. Ces courants sont responsables de la naissance d'un couple qui tend à mettre le rotor en mouvement pour s'opposer à la variation de flux : loi de Lenz. Le rotor se met par conséquent à tourner pour tenter de suivre le champ statorique.

La machine est dite asynchrone car elle est dans l'impossibilité, sans la présence d'un entraînement extérieur, d'atteindre la même vitesse que le champ statorique. En effet, dans ce cas, vu dans le référentiel du rotor, il n'y aurait pas de variation de champ magnétique ; les courants s'annuleraient, de même que le couple qu'ils produisent, et la machine ne serait plus entraînée. La différence de vitesse entre le rotor et le champ statorique est nommée vitesse de glissement.

Quand il est entraîné au-delà de la vitesse de synchronisme — fonctionnement hypersynchrone — la machine fonctionne en générateur alternatif. Mais son stator doit être nécessairement relié au réseau car lui seul peut créer le champ magnétique indispensable pour faire apparaître les courants rotoriques.

Un fonctionnement en générateur alternatif autonome est cependant envisageable avec condensateurs connectés sur le stator, à condition qu'il existe un champ magnétique rémanent. On retrouve cette même problématique quand on cherche à faire fonctionner des machines à courant continu à excitation série en génératrice. À défaut, des systèmes d'électronique de puissance et une batterie permettent d'amorcer le fonctionnement en génératrice autonome. Cette solution est mise en œuvre pour produire de l'électricité avec éoliennes ou de groupes électrogènes, constitués d'une génératrice couplée à un moteur à combustion interne.

Glissement d'une machine asynchrone

Le glissement est une grandeur qui rend compte de l'écart de vitesse de rotation d'une machine asynchrone comparé à une machine synchrone hypothétique construite avec le même stator.

Le glissement est toujours faible, de l'ordre de quelques pourcents : de 2 % pour les machines les plus grosses à 6 ou 7 % pour les petites machines triphasées, il peut atteindre 10 % pour les petites machines monophasées. Les pertes par effet Joule dans le rotor étant proportionnelles au glissement, une machine de qualité se doit de fonctionner avec un faible glissement.

On sert à désigner par $n_s \,$ la fréquence de rotation du champ statorique dans la machine.
On sert à désigner par $n \,$ la fréquence de rotation de la machine.

La fréquence de synchronisme est toujours un sous-multiple entier de la fréquence du secteur

En 50 Hz c'est un sous-multiple de 3000 tr/min, soit : 3000 ; 1500 ; 1000 ; 750 ; etc.
En 60 Hz c'est un sous-multiple de 3600 tr/min, soit : 3600 ; 1800 ; 1200 ; 900 ; etc.

Soit $p \,$ le nombre de paires de pôles de la machine et $f \,$ la fréquence de l'alimentation. On a :

$n_s = \frac fp\,$ en tr/s ou $n_s = \frac {60 f}{p}\,$ en tr/min.

Le glissement correspond à la différence de vitesse entre le rotor et le champ statorique exprimée sous la forme d'un pourcentage de la fréquence de rotation.

$n_s - n = g \cdot n_s \,$ , soit $g = \frac{n_s-n}{n_s} \,$

Le glissement peut aussi être calculé à partir des vitesses angulaires

$g = \frac{\omega_s-\omega}{\omega_s} \,$ avec :

$\omega_s \,$ la vitesse angulaire de synchronisme du champ statorique dans la machine.
$\omega \,$ la vitesse angulaire de rotation de la machine.

Plaque signalétique d'un moteur asynchrone

Exemple de plaque signalétique d'un moteur asynchrone triphasé industriel :

Mot 3∼ 50/60Hz	IEC34	IP55
MT90L24-4
1.5 / 1.75 kW		1420 / 1710 tr/min
380-420 / 440-480 V - Y		3.7 / 3.6 A
220-240 / 250-280 V - Δ		6.4 / 6.3 A
		cos φ = 0.75 / 0.78

Moteur triphasé utilisable en 50 et 60 Hz	Plaque établie conformément à la norme internationale IEC34	Classement IP (Indice de Protection)
Référence constructeur précisant surtout : - la taille de la carcasse moteur - le nombre de pôles
Puissance utile nominale		fréquence de rotation nominale
Tension entre phase du réseau d'alimentation pour un couplage étoile		Courant de ligne nominal pour un couplage étoile
Tension entre phase du réseau d'alimentation pour un couplage triangle		Courant de ligne nominal pour un couplage triangle
		facteur de puissance au régime nominal

Soit on dispose d'un réseau d'alimentation correspondant aux valeurs de tension de la troisième ligne et on doit réaliser un couplage étoile symbolisé par Y (cas le plus habituel), soit on dispose d'un réseau d'alimentation correspondant aux valeurs de tension de la quatrième ligne et on doit réaliser un couplage triangle symbolisé par Δ. Sur la même ligne, la plaque signalétique indique pour chacun des couplages la valeur de l'intensité du courant de ligne qui sera absorbée au régime nominal.
Avec grandeurs électriques apportées : tensions entre phases, intensités des courants de ligne et facteur de puissance, il est envisageable de calculer la puissance active absorbée et d'en déduire le rendement de la machine fonctionnant au régime nominal.

En monophasé :

$P_a =\ U I \cdot \cos \varphi \,$

En triphasé :

$P_a =\sqrt 3 \cdot U I \cdot \cos \varphi \,$

Le rendement :

$\eta =\frac{P_u}{P_a} \,$

Variateur de vitesse

La gamme des variateurs de vitesse d'ABB.

Un variateur de vitesse est un équipement électrotechnique alimentant un moteur électrique de manière à pouvoir faire fluctuer sa vitesse de manière continue, de l'arrêt jusqu'à sa vitesse nominale. La vitesse peut être proportionnelle à une valeur analogique apportée par un potentiomètre, ou par une commande externe : un signal de commande analogique ou numérique, issue d'une unité de contrôle. Un variateur de vitesse est constitué d'un redresseur combiné à un onduleur. Le redresseur va permettre d'obtenir un courant quasi continu. À partir de ce courant continu, l'onduleur (fréquemment à Modulation de largeur d'impulsion ou MLI) va permettre de créer un dispositif triphasé de tensions alternatives dont on pourra faire fluctuer la valeur efficace et la fréquence. Le fait de conserver le rapport de la valeur efficace du essentiel de la tension par la fréquence (U₁/f) constant sert à maintenir un flux tournant constant dans la machine et par conséquent de maintenir constante la fonction reliant la valeur du couple selon (n_s - n) (voir § 3-4-2-1 ci-dessous).

Article détaillé : Variateur de vitesse (électricité) .

Démarrage

Lors d'un démarrage d'une machine asynchrone, le courant peut atteindre de 4 à 8 fois le courant nominal de la machine. Si l'application utilise un variateur ou un démarreur, c'est ce dernier qui se chargera d'adapter les tensions appliquées à la machine pour limiter ce courant. En l'absence de variateur de vitesse, il existe plusieurs méthodes servant à limiter le courant de démarrage. Elles ont été développées avant la naissance de l'électronique de puissance mais sont toujours utilisées aujourd'hui dans les installations anciennes ou par mesure d'économie pour des applications ne nécessitant pas de variateur en dehors du démarrage.

Démarrage sous tension réduite

Plusieurs systèmes permettent de diminuer la tension aux limites des enroulements du stator au cours de la durée du démarrage du moteur ce qui est un moyen de limiter l'intensité du courant de démarrage. L'inconvénient est que le couple moteur est aussi diminué et que cela augmente la durée avant laquelle la machine atteint le régime permanent.

Démarrage étoile-triangle

Lors d'un démarrage étoile-triangle, la machine est en premier lieu connectée au réseau avec un couplage étoile, puis une fois démarrée, on passe sur couplage triangle. Le fait de démarrer avec un couplage étoile sert à diviser par la racine carrée de trois la tension appliquée. Ainsi, le courant maximal absorbé est trois fois plus faible que lors d'un démarrage directement avec un couplage triangle. Le couple de démarrage est lui aussi trois fois plus faible que lors d'un démarrage en triangle. La surintensité lors du passage étoile-triangle est inférieure au courant d'appel d'un démarrage effectué directement en triangle.

Réalisée simplement avec contacteurs, cette méthode de démarrage est particulièrement économique.

Démarrage par auto-transformateur

Dans ce mode de démarrage, le stator de la machine asynchrone est relié à un auto-transformateur qui permet d'effectuer un démarrage sous tension variable. La tension est progressivement augmentée, l'intensité du courant ne dépassant pas la valeur maximale désirée.

Démarrage résistif

Lors d'un démarrage résistif, on insère des résistances en série avec les enroulements statoriques ce qui a pour effet de limiter la tension à leurs limites. Une fois le démarrage effectué, on court-circuite ces résistances. Cette opération peut être effectuée progressivement par un opérateur avec rhéostats de démarrage.

Démarrage à tension nominale

Démarrage rotorique

Lors d'un démarrage rotorique, des résistances de puissance sont insérées en série avec les enroulements du rotor. Ce type de démarrage permet d'obtenir un fort couple de démarrage avec des courants de démarrage réduits mais il ne peut être mis en œuvre qu'avec des machines à rotor bobiné pourvu de contacts glissants (bagues et balais) donnant la possibilité les connexions électriques des enroulements rotoriques. Ces machines sont d'un prix de revient plus important que leurs homologues dits à «cage d'écureuil».

Moteur Boucherot type α

Schéma de principe du moteur Boucherot type α

Les moteurs Boucherot type α ont comme particularité d'avoir un stator divisé en deux. Un des stators est fixe, l'autre peut tourner d'un pas polaire. Le rotor, quant à lui, est pourvu d'une bague particulièrement résistive en son centre. Le démarrage se passe ainsi : tout d'abord, on décale d'un pas polaire les deux stators. Les courants induits créés par chaque stator sont de directions opposées, ils se rebouclent par conséquent au centre du rotor par la bague particulièrement résistive. Au fur et à mesure du démarrage, on décale le demi-moteur mobile pour que les courants induits qu'il crée soient dans le même sens que ceux du moteur fixe. À la fin, les courants créés par les deux demi-stators sont dans le même sens et ne passent plus par la bague particulièrement résistive^[8].

Ce type de système, quoique servant à faire fluctuer la résistance rotorique sans avoir recours à un rotor bobiné, n'est plus utilisé à cause de sa complexité.

Freinage

On peut distinguer plusieurs types de freinage :

Arrêt libre : (mise hors tension du stator)
Arrêt contrôlé : Tension statorique progressivement passée à tension nulle

Freinage hypersynchrone : quand la vitesse du rotor est supérieure à la vitesse du champ tournant, le moteur freine. Couplé à un variateur de fréquence qui diminue progressivement la vitesse du moteur on peut arrêter un moteur. Le couple de freinage est faible : la courbe du couple selon la vitesse (voir les trois domaines de fonctionnement de la machine asynchrone) pour différentes valeurs du glissement montre que le couple résistant n'est pas particulièrement important pour un glissement compris entre 0 et -1. Cette méthode n'est par conséquent pas particulièrement efficace pour freiner rapidement une machine asynchrone.
Arrêt par injection de courant continu : L'alimentation en courant continu du stator crée un champ fixe dans la machine qui s'oppose au mouvement. C'est la méthode la plus efficace pour freiner la machine, mais les contraintes en courant sont aussi particulièrement sévères. Le contrôle de l'intensité du courant continu sert à contrôler le freinage.

Arrêt à contre-courant :

Le principe consiste à inverser deux phases pendant un court instant. Ceci est par conséquent équivalent à un freinage hypersynchrone, mais à fréquence fixe. Le couple résistant est par conséquent faible et le courant nommé est aussi particulièrement important (de l'ordre de 10 à 12 fois l'intensité nominale). La conséquence en est que les enroulements du moteur risquent un sur-échauffement : on peut prévoir des résistances supplémentaires pour diminuer l'intensité. Enfin, avec cette méthode, le couple décélérateur reste négatif même quand la vitesse est égale à 0 tr/min, il faut par conséquent prévoir de couper l'alimentation lorsque la vitesse est nulle (temporisation, contact centrifuge), sinon la rotation s'inverse.

Freinage mécanique par électro-frein : ce dispositif est constitué d'un frein à disque solidaire de l'arbre de la machine asynchrone et dont les mâchoires originellement serrées hors tension sont commandées par un électroaimant. Après alimentation de l'électroaimant, les mâchoires se desserrent laissant la rotation libre. La coupure de l'alimentation provoque le freinage. Ce système aussi nommé «frein à manque de courant» est fréquemment prévu comme système d'arrêt d'urgence.

Applications

Traction électrique (Eurostar, TGV POS, TGV Duplex Dasye surtout)
Propulsion des navires
Machines-outils
Ascenseurs
Treuils
Pompes
Électroménager

Machine asynchrone triphasée

Constitution

Réalisation du stator

Il est constitué d'un cylindre ferromagnétique entaillé d'encoches permettant d'y loger les bobinages. Ce cylindre est constitué d'un empilement de plaques de tôle pour limiter les courants de Foucault.

Il est courant de réaliser une protection contre les échauffements anormaux des bobinages en plaçant au cœur de ceux-ci soit un disjoncteur thermique, soit un capteur de température, ceci pour couper l'alimentation électrique en cas de dépassement d'un seuil déterminé de température.

Pour réaliser le branchement du moteur au réseau, l'ensemble des connexions sont regroupées dans un boîtier, le plus souvent nommé par les électriciens, plaque à limites. On y retrouve par conséquent six connexions pour les enroulements statoriques, plus peut-être celles du capteur de température.

Stator d'une machine triphasée

Stator feuilleté sans les bobinages

Diagramme de connexion d'un moteur triphasé

Réalisation du rotor

On peut distinguer 4 types de rotor :

À cage : (rotor en court-circuit) : C'est le plus habituel. Ce type de rotor a été découvert par Michail Ossipowitsch Doliwo-Dobrowolski au début des années 1890. Ces rotors sont constitués de tôles ferromagnétiques et de barres conductrices régulièrement réparties à la périphérie du rotor. Les barres sont reliées entre elles par deux anneaux de court-circuit (voir figures ci-contre). Les tôles ferromagnétiques servent à guider les lignes de champ alors que les barres accueillent les courants induits. Pour les moteurs de faible puissance, les rotors sont réalisés à partir d'un empilement de tôles découpées et isolées les unes des autres (feuilletage) dans lesquelles on injecte un matériau conducteur de façon à former les barres mais aussi les anneaux de court-circuit. Pour les moteurs de forte puissance, les barres sont insérées dans le rotor puis les anneaux de court-circuit sont soudés ou brasés aux barres^[9]. Le matériau constituant les barres et les anneaux de court-circuit est le plus souvent un alliage à base d'aluminium, mais on peut aussi rencontrer du cuivre ou du laiton. Généralement, les barres sont un peu inclinées suivant l'axe du rotor pour que le nombre de barres présentes sous une phase statorique soit constant quelle que soit la position du rotor. Ce procédé sert à diminuer la variation de la réluctance du circuit magnétique au cours de la rotation du rotor (ou «effet d'encoches») et de diminuer ainsi les oscillations de couple. C'est cette inclinaison des encoches qui donne à la totalité barres plus anneaux de court-circuit la forme d'une cage d'écureuil déformée.

Différentes formes de barres

Couple d'une machine asynchrone pour un rotor à cage et un rotor à encoches profondes

À double cage : le rotor est construit suivant le principe du rotor à cage simple, mais avec deux cages électriquement indépendantes. Une cage externe à la périphérie du rotor se compose de matériaux résistifs (laiton, bronze) et possède une faible dispersion magnétique. Une cage interne en cuivre possède une résistivité plus faible et une dispersion magnétique importante. La cage externe, en particulier active au démarrage, permet d'obtenir un coupprincipal dans cette phase de fonctionnement, tandis qu'à régime nominal la cage interne sert à retrouver les caractéristiques d'un rotor à simple cage^[10].

À double encoche ou à encoches profondes : ce sont des rotors à cage qui utilisent l'effet de peau dans les conducteurs pour faire fluctuer la résistance du rotor selon la vitesse de fonctionnement de la machine. L'effet de peau est un phénomène électromagnétique qui fait que plus la fréquence des courants augmente, plus le courant a tendance à ne circuler qu'en surface des conducteurs. Ainsi, au démarrage, la fréquence des courants rotoriques est égale à celle de l'alimentation et le courant n'utilise que la partie supérieure de la barre. Puis, au fur et à mesure que la vitesse de rotation du rotor augmente, la fréquence des courants rotoriques diminue et le courant utilise une surface de plus en plus importante des barres. Ces topologies de rotor permettent un démarrage avec un coupprincipal quand la machine est alimentée par une source de tension fixe (sans variateur).
À bague : le rotor d'une machine à bague est constitué de trois bobines (on parle aussi de rotor bobiné). Chaque bobine est reliée à une bague. Les bagues permettent d'avoir une liaison électrique avec les bobines du rotor. Ce type de rotor a été conçu pour permettre la variation de résistance du rotor en insérant des résistances en série avec les bobines pour réaliser un démarrage rotorique. Ce système a ensuite permis la variation de vitesse avec un rendement acceptable au moyen d'un procédé nommé cascade hyposynchrone. Le coût élevé et la naissance des variateurs de fréquence a rendu obsolète ce type de machine.

Structure d'un rotor en cage d'écureuil

Rotor en cage d'écureuil

Coupe d'un rotor à cage à encoches profondes

Tôle utilisée pour la réalisation d'une cage à double encoche]

Modélisation et mise en équation

Méthode utilisée

Il est particulièrement complexe, pour une charge donnée ainsi qu'à partir des tensions et des impédances, de calculer les courants dans la machine et d'en déduire le couple et la fréquence de rotation.

Comme pour ces labyrinthes qu'on trouve dans les journaux, il est plus facile de partir du but à atteindre et de remonter vers le départ. On considère par conséquent qu'on connaît les courants. À partir de l'expression des courants statoriques et rotoriques on déduit les flux du champ magnétique qu'ils produisent. Connaissant les courants et les flux, on écrit l'expression des tensions en appliquant la loi d'Ohm et la loi de Faraday, puis on identifie.

Notations

On considère que la machine possède une seule paire de pôles.

Toutes les grandeurs statoriques sont repérées soit par l'indice _S soit par des indices en majuscule.
Toutes les grandeurs rotoriques sont repérées soit par l'indice _r soit par des indices en minuscule.

l'angle $\theta (t) = \Omega_m .t \,$ correspond au décalage angulaire entre le stator et le rotor. On a :

la vitesse angulaire $\Omega_m = \omega_S - \omega_r = (1-g) . \omega_S \,$

Hypothèses :
Son circuit magnétique est homogène et non saturé. Ses diverses inductances sont constantes. Elle est aussi idéalement équilibrée :

les courants des trois phases statoriques ont la même valeur efficace I_S.
les courants des trois phases rotoriques ont la même valeur efficace I_r.

Les courants

Au stator

On fixe l'origine des temps de façon à ce qu'on puisse écrire :

$i_A (t) = I_S \sqrt{2} . \cos \alpha_S \,$

On en déduit les courants des deux autres phases du stator :

$i_B (t) = I_S \sqrt{2} . \cos (\alpha_S - \frac{2 \pi}{3}) \,$

$i_C (t) = I_S \sqrt{2} . \cos (\alpha_S + \frac{2 \pi}{3}) \,$

Avec : $\alpha_S = \omega_S . t \,$ , et $\omega_S \,$ : pulsation des courants statoriques.

Au rotor

$i_a (t) = I_r \sqrt{2} . \cos \alpha_r \,$

$i_b (t) = I_r \sqrt{2} . \cos (\alpha_r - \frac{2 \pi}{3}) \,$

$i_c (t) = I_r \sqrt{2} . \cos (\alpha_r + \frac{2 \pi}{3}) \,$

Avec : $\alpha_r= (\omega_r . t - \alpha) \,$ , $\omega_r = g. \omega_S \,$ : pulsation des courants statoriques, et $\alpha \,$ = phase à l'origine de $i_a \,$ par conséquent variable car l'origine des temps est fixée par $i_A \,$ .

Les flux

Notations :

$L_S ; L_r \,$ : Inductances propres d'un enroulement du stator ; d'un enroulement du rotor.
$M_S ; M_r \,$ : Inductance mutuelle entre deux enroulements du stator ; entre deux enroulements du rotor.
$M_{rS} \,$ : Valeur maximale de l'inductance mutuelle entre un enroulement du rotor et un du stator (correspondant à une position pour laquelle θ = 0 ± 2π/3.

Flux à travers un enroulement statorique

Le flux à travers la phase A du stator est :

$\Phi_A = (L_S - M_S) i_A + \frac{3}{2} M_{rS}I_r \sqrt{2} \cos (\omega_S . t - \alpha) \,$

Détail des calculs

$\Phi_A = L_S i_A + M_S i_B + M_S i_C + M_{rS} \cos \theta \cdot i_a + M_{rS} \cos (\theta + \frac{2 \pi}{3}) \cdot i_b + M_{rS} \cos (\theta - \frac{2 \pi}{3}) \cdot i_c \,$

On en change rien à cette expression en ajoutant : : $M_S i_A - M_S i_A \,$

$\Phi_A = (L_S - M_S) i_A + M_S (i_A + i_B + i_C) + M_{rS} \cos \theta \cdot i_a + M_{rS} \cos (\theta + \frac{2 \pi}{3}) \cdot i_b + M_{rS} \cos (\theta - \frac{2 \pi}{3}) \cdot i_c \,$

Comme : : $i_A + i_B + i_C = 0 \,$

$\Phi_A = (L_S - M_S) i_A + M_{rS} \cos \theta \cdot i_a + M_{rS} \cos (\theta + \frac{2 \pi}{3}) \cdot i_b + M_{rS} \cos (\theta - \frac{2 \pi}{3}) \cdot i_c \,$

On remplace : $i_a , i_b \,$ et $i_c \,$ par leurs expressions et on utilise : $\cos a \cdot \cos b = \frac{1}{2} \cos (a + b) + \frac{1}{2} \cos (a - b) \,$

$\Phi_A = (L_S - M_S) i_A + M_{rS} I_r \sqrt{2} \left\{ \frac{3}{2} \cdot \cos (\theta + \alpha_r) + \frac{1}{2} \cdot \left [\cos (\theta - \alpha_r) + \cos (\theta - \alpha_r - \frac{2 \pi}{3}) + \cos (\theta - \alpha_r + \frac{2 \pi}{3}) \right] \right\}\,$

$\Phi_A = (L_S - M_S) i_A + \frac{3}{2} M_{rS}I_r \sqrt{2} \cos (\theta + \alpha_r) \,$

Or $\theta = \Omega_m .t \,$ , $\alpha_r = (\omega_r . t - \alpha) \,$ et $\Omega_m .t + \omega_r . t = \omega_S . t \,$

On obtient finalement :

$\Phi_A = (L_S - M_S) i_A + \frac{3}{2} M_{rS}I_r \sqrt{2} \cos (\omega_S . t - \alpha) \,$

On pose :

$(L_S - M_S) = \mathcal{L}_S \,$ : inductance cyclique
$\frac{3}{2} M_{rS} = \mathcal{M}_{rS} \,$ : inductance mutuelle cyclique

Ces grandeurs cycliques permettent d'isoler chaque phase comme si elle était seule, comme si le flux qui la traverse ne dépendait que du seul courant qui alimente cette phase. L'introduction de ces grandeurs cycliques va permettre d'établir des modèles monophasés équivalents.

On pose aussi :

$I'_r \,$ : Courant fictif de valeur efficace $I_r \,$ mais de fréquence $f_S \,$

L'expression du flux devient alors plus simple. On applique la transformation complexe et on obtient le flux complexe d'une phase du stator :

$\underline \Phi_A = \mathcal{L}_S \underline I_S + \mathcal{M}_{rS} \underline I'_r \,$ à la pulsation $\omega_S \,$

Flux à travers un enroulement rotorique

Le calcul du flux rotorique se mène de manière semblable avec une différence de signe.

$\Phi_a = (L_r - M_r) i_a + M_{rS} \cos \theta \cdot i_A + M_{rS} \cos (\theta - \frac{2 \pi}{3}) \cdot i_B + M_{rS} \cos (\theta + \frac{2 \pi}{3}) \cdot i_C \,$

Avec l'introduction des grandeurs cycliques

$\Phi_a = \mathcal{L}_r i_a + \frac{3}{2} M_{rS}I_S \sqrt{2} \cos (\theta - \alpha_S) \,$

$= \mathcal{L}_r I_r \sqrt{2} \cos (\omega_r t - \alpha) + \mathcal{M}_{rS} I_S \sqrt{2} \cos (\omega_r t) \,$

Le flux à travers un enroulement rotorique s'écrit :

$\underline \Phi_a = \mathcal{L}_r \underline I_r + \mathcal{M}_{rS} \underline I'_S \,$ à la pulsation $\omega_r \,$

Les tensions

Tension aux limites d'une phase du stator

$\underline V_A = R_S . \underline I_A + \frac{d \underline \Phi_A}{dt} \,$

$\underline V_A = (R_S + j \omega_S \mathcal{L}_S) \underline I_S + j \omega_S \mathcal{M}_{rS} \underline I'_r \,$

Tension aux limites d'une phase du rotor

Le rotor est en court-circuit.

$\underline V_a = 0 = R_r . \underline I_a + \frac{d \underline\Phi_a}{dt} \,$

$0 = (R_r + j \omega_r \mathcal{L}_r) \underline I_r + j \omega_r \mathcal{M}_{rS} \underline I'_S \,$

Comme on a $\omega_r = g . \omega_S \,$ , on obtient :

$0 = (\frac{R_r}{g} + j \omega_S \mathcal{L}_r) \underline I_r + j \omega_S \mathcal{M}_{rS} \underline I'_S \,$

Schémas équivalents

Sous le terme schéma équivalent, on sert à désigner un circuit électrique composé de dipôles linéaires servant à modéliser la machine réelle. Le schéma équivalent le plus pertinent dépend du domaine d'utilisation et du degré de précision indispensable. Dans le cas des machines asynchrones, il comprend, au minimum, une association de résistances et d'inductances.

Schéma général

Les deux équations suivantes :

$\underline V_A = (R_S + j \omega_S \mathcal{L}_S) \underline I_S + j \omega_S \mathcal{M}_{rS} \underline I'_r \,$

$0 = (\frac{R_r}{g} + j \omega_S \mathcal{L}_r) \underline I_r + j \omega_S \mathcal{M}_{rS} \underline I'_S \,$

correspondent à un schéma équivalent ne comportant que des tensions et des courants ayant une fréquence semblable à celle de l'alimentation qui alimente la machine et dont le schéma est le suivant :

Schéma ramené au stator

Les circuits magnétiquement couplés peuvent être transformés en de nombreux schémas équivalents (pour plus de détails, on se référera à l'article correspondant). Chacune de ces transformations conduit à un modèle envisageable pour décrire la machine asynchrone. Dans la pratique, seuls certains modèles sont effectivement utilisés.

Le modèle à fuites secondaires avec la totalité ramené au stator est le plus habituel dans la littérature car il comporte des éléments qu'on peut identifier assez simplement et de manière suffisamment précise et il est simple d'emploi.

Avec :

$\mathcal{N}_r = \mathcal{L}_S \cdot \left (\frac{\mathcal{L}_S \cdot \mathcal{L}_r}{\mathcal{M}_{rS}ˆ2}-1 \right ) \,$
$R_rˆ* = R_r \cdot \frac{\mathcal{L}_Sˆ2}{\mathcal{M}_{rS}ˆ2} \,$

Ces grandeurs ne sont pas calculables (en particulier R_r), mais l'important est de savoir que si on admet les hypothèses de départ, alors il existe un dipôle semblable à celui représenté ci-dessus équivalent à une phase de la machine asynchrone alimentée par un dispositif de tensions triphasées équilibré.

Il est intéressant pour les bilans de puissance de décomposer la résistance $\frac{R_rˆ*}{g} \,$ en deux termes :

$R_rˆ* \,$ : résistance ramenée de l'enroulement rotorique, responsable des pertes par effet Joule au rotor (pertes Joule rotoriques).
$R_rˆ* \cdot \frac{1-g}{g} \,$ : résistance fictive : la puissance qu'elle consomme correspond en réalité à la puissance utile de la phase reconnue. (Puissance transformée en puissance mécanique par la machine).

Prise en compte des pertes fer

On a reconnu que le circuit magnétique était sans pertes, ce qui n'est pas le cas. Pour rendre compte des pertes fer qui dépendent du carré de l'alimentation, on ajoute dans ce modèle une résistance fictive R_F en parallèle avec l'inductance statorique.

Identifications des éléments du schéma équivalent

Après avoir établi que le schéma précédent correspondait à une phase de la machine asynchrone, on peut identifier le modèle correspondant à une machine quelconque en réalisant trois essais :

Essai en continu

Réalisé sur une phase de la machine, il sert à mesurer la résistance statorique R_S.

Essai au synchronisme : g = 0

Lors d'un essai au synchronisme, le champ tournant et le rotor tournent à la même vitesse. Le glissement g est nul et 1/g tend vers l'infini. Le modèle équivalent d'une phase de la machine devient :

Avec un wattmètre, d'un ampèremètre et d'un voltmètre, on mesure la puissance active P₀, la puissance réactive $Q_0 = \sqrt{S_0ˆ{2} - P_0ˆ{2}}$ , le courant efficace I_S0 et la tension efficace V_S0

on obtient les trois équations :

$P_0=R_sI_{S0}ˆ2+\frac{V'ˆ2}{R_F}$
$Q_0=\frac{V'ˆ2}{\mathcal{L}_S\omega}$
$V'=V_{S0}\frac{R_F\mathcal{L}_S\omega}{\sqrt{(R_SR_F)ˆ2+(\mathcal{L}_S\omega*(R_F+R_S))ˆ2}}$

R_S étant connue, on peut calculer les trois inconnues : R_F, $\mathcal{L}_S \,$ et V'

Le courant I_S0 étant faible lors de l'essai au synchronisme, on peut le plus souvent négliger la perte de tension due à la resistance statorique devant la tension V_S0. Les équations deviennent alors :

$P_0=\frac{V_{S0}ˆ2}{R_F}$
$Q_0=\frac{V_{S0}ˆ2}{\mathcal{L}_S\omega}$

On calcule alors directement R_F et $\mathcal{L}_S \,$ :

$R_F=\frac{V_{S0}ˆ2}{P_0}$
$\mathcal{L}_S=\frac{V_{S0}ˆ2}{Q_0\omega}$

Essai rotor bloqué et tension réduite : g = 1

À vitesse nulle, le glissement g = 1. Cet essai est réalisé sous tension réduite pour limiter l'intensité du courant à une valeur acceptable. Le modèle équivalent d'une phase de la machine devient :

Avec un wattmètre, d'un ampèremètre et d'un voltmètre, on mesure la puissance active P₁, la puissance réactive $Q_1 = \sqrt{S_1ˆ{2} - P_1ˆ{2}}$ , le courant efficace I_S1 et la tension efficace V_S1

$P_1=R_S I_{S1}ˆ2+V'ˆ2 (\frac{1}{R_F}+\frac{R_rˆ*}{(\mathcal{N}_r \omega)ˆ2+{R_rˆ*}ˆ2})$
$Q_1=V'ˆ2 (\frac{1}{\mathcal{L}_S \omega}+\frac{\mathcal{N}_r \omega}{(\mathcal{N}_r \omega)ˆ2+{R_rˆ*}ˆ2})$
$\underline V'= \underline V_{S1}- R_S \underline I_{S1} \Rightarrow V'= \ldots$

La tension V_S1 étant faible, les courants circulants dans R_F et $\mathcal{L}_S$ peuvent le plus souvent être négligés devant I_S1. Les équations deviennent alors :

$P_1=(R_S+R_rˆ*)I_{S1}ˆ2$
$Q_1=\mathcal{N}_r \omega I_{S1}ˆ2$

L'identification des derniers paramètres de la machine est alors rapide :

$R_rˆ*=\frac{P_1}{I_{S1}ˆ2}-R_S$
$\mathcal{N}_r = \frac{Q_1}{\omega I_{S1}ˆ2}$

Caractéristiques électromécaniques

Le schéma établi auparavant permet d'obtenir aisément les caractéristiques électromécaniques de la machine asynchrone monophasée :

En effet la puissance électromagnétique utile, c'est-à-dire celle transformée en énergie mécanique correspond pour chaque phase à la puissance consommée par la résistance $R_rˆ* \cdot \frac{1-g}{g} \,$

La puissance électromécanique totale pour les trois phases a par conséquent pour expression :

$P_{em} =T_{em} \cdot \Omega = 3.R_rˆ* \cdot \frac{1-g}{g} \cdot I_rˆ2 \,$

Machine alimentée par un dispositif de tensions de fréquence fixe

Le modèle ci-dessus permet d'obtenir l'expression du couple soit selon le glissement, soit selon la vitesse. Le calcul est particulièrement simplifié et peut être fait à la main si on néglige la résistance statorique. Dans ce cas, on ajoute une erreur de 2 ou 3 %, mais on obtient une courbe dont l'allure est proche de la réalité. De toute façon, on ne doit pas perdre de vue que ce ne sont que des modèles.

Dans le cadre de cette approximation on a :

$I_rˆ2 = \frac{V_Sˆ2}{ (\mathcal{N}_r \omega_S)ˆ2+(\frac{R_rˆ* }{g})ˆ2} \,$

Avec $V_S \,$ : valeur efficace de la tension aux limites d'une des phases du stator de la machine.

Couple électromécanique selon le glissement

De l'expression de la puissance et des deux équations ci-dessus on en déduit l'expression du couple électromagnétique selon le glissement g :

Pour une machine à p paires de pôles on a : $\Omega = (1-g) \cdot \frac{\omega_S}{p} \,$

Cela conduit à :

$T_{em}= 3 p \frac{V_Sˆ2}{\omega_S} \cdot \frac{\frac{R_rˆ*}{g}}{ (\mathcal{N}_r \omega_S)ˆ2+(\frac{R_rˆ* }{g})ˆ2} \,$

$= 3 p \frac{V_Sˆ2}{\omega_S} \cdot \frac{1}{(\frac{g (\mathcal{N}_r \omega_S)ˆ2}{R_rˆ*})+ (\frac{R_rˆ* }{g})} \,$

$= \frac{3 p}{\mathcal{N}_r} \cdot \frac{V_Sˆ2}{ \omega_Sˆ2} \cdot \frac{1}{(\frac{g \mathcal{N}_r \omega_S}{R_rˆ*})+ (\frac{R_rˆ* }{g \mathcal{N}_r \omega_S })} \,$

Le couple électromagnétique passe par un maximum $T_{max} = \frac{3 p}{2 \mathcal{N}_r} \cdot \frac{V_Sˆ2}{ \omega_Sˆ2} \,$ pour $g = g_{max} =\frac{R_rˆ*}{ \mathcal{N}_r \omega_S} \,$

En introduisant ce couple maximal et le glissement correspondant dans l'équation du couple électromagnétique on obtient la relation :

$T_{em}= 2 T_{max} \cdot \frac{1}{(\frac{g_{max}}{g})+ (\frac{g}{g_{max}})} \,$

La courbe représentative de l'expression du couple selon le glissement possède une symétrie comparé à l'origine :

Couple électromécanique selon la vitesse de rotation

Cette courbe est plus habituelle et plus concrète, elle se déduit simplement de la courbe selon le glissement grâce à la relation :

$\Omega = (1-g) \cdot \frac{\omega_S}{p} \,$

Les domaines de fonctionnement de la Machine asynchrone

Machine alimentée par un onduleur

Réglage de la vitesse de rotation des moteurs asynchrones triphasés [3]

Les onduleurs les plus communs sont les onduleurs MLI (à modulation de largeur d'impulsion) dont le mode de commande sert à garder le rapport U₁/f constant et d'obtenir des courants presque sinusoïdaux. U₁ étant la valeur efficace du essentiel.

Commande en U/f

Principe

En régime sinusoïdal, la conservation du rapport U/f permet au circuit magnétique d'être dans le même état magnétique quelle que soit la fréquence d'alimentation. C'est à dire, la forme du cycle d'hystérésis parcouru par le circuit magnétique reste semblable quelle que soit f. Ainsi, quand la fréquence diminue, la valeur efficace du essentiel de la tension diminuant dans les mêmes proportions, il n'y a pas de risque de saturation du matériau magnétique.

Ceci a pour conséquence qu'une commande qui maintient U₁/f constant, où U₁ représente la valeur efficace du essentiel, sert à conserver la même courbe de couple selon le glissement pour n'importe quelle fréquence d'alimentation. Les autres harmoniques présents, multiples de 5 et 7, créent des couples pulsants dont la moyenne est nulle.

Pour cela, la machine asynchrone est alimentée par un onduleur délivrant une tension de fréquence f et dont la valeur efficace du essentiel V₁ est telle que le rapport V₁/f est maintenu constant.

Mise en équation

Quand le rapport U/f est constant on peut écrire pour la partie linéaire de la caractéristique couple vitesse :

$T_{em} = Cte \cdot (n_S - n) \,$

Démonstration

On reprend l'équation générale du couple :

$T_{em}= \frac{3 p}{\mathcal{N}_r} \cdot \frac{V_Sˆ2}{ \omega_Sˆ2} \cdot \frac{1}{(\frac{g \mathcal{N}_r \omega_S}{R_rˆ*})+ (\frac{R_rˆ* }{g \mathcal{N}_r \omega_S })} \,$

On note $C m a x$ le couple maximal.

$C_{max}=\frac{3 p}{2*\mathcal{N}_r} \cdot \frac{V_Sˆ2}{ \omega_Sˆ2}$

On réécrit la relation flux/tension pour faire apparaître le flux.

$\frac{d\Phi_A}{dt}=j \omega_S * \Phi_A = V_A$

On note $Φ s$ la valeur efficace du flux nominal.

$C_{max}=\frac{3 p}{2*\mathcal{N}_r} \cdot \Phi_sˆ2$

Si on garde le rapport $\frac{V_S}{ \omega_S}$ constant, il est par conséquent envisageable de déplacer la vitesse à laquelle $C m a x$ est disponible. L'expression du couple devient :

$T_{em}= \frac{2 C_{max}}{(\frac{g \mathcal{N}_r \omega_S}{R_rˆ*})+ (\frac{R_rˆ* }{g \mathcal{N}_r \omega_S })}$

Après un développement limité au premier ordre de T_em quand $g$ tend vers 0, on obtient :

$T_{em}= Cte \cdot g \cdot \omega_S = Cte \cdot (\omega_S - \omega) = Cte \cdot (n_S - n) \,$

La courbe du couple selon n_S - n est unique.

Remarques

Lors d'un démarrage (faible fem) à fort couple (courant important), la chute de tension due à la résistance statorique devient plus importante que la fem. Il est alors impossible d'obtenir le flux nominal dans la machine grâce à la loi U/f=cst. Pour compenser cela, les variateurs industriels proposent différentes lois U (f). Le choix de la loi à utiliser dépend de l'application.

Une fois que la tension nominale est atteinte, on augmente la fréquence d'alimentation du moteur sans augmenter sa tension. On parle alors de défluxage de la machine. Cela amène évidemment une baisse du couple maximal délivrable par la machine. Un démarrage dans de telles conditions se fera par conséquent à couple constant puis à puissance constante.

Inconvénients

Les procédés de variation de vitesse pour les moteurs asynchrones sont générateurs de courants harmoniques.

Commande vectorielle

Article détaillé : Commande vectorielle.

La commande vectorielle est un terme générique désignant la totalité des commandes tenant compte en temps réel des équations du dispositif qu'elle commande. Le nom de ces commandes vient du fait que les relations finales sont vectorielles à la différence des commandes scalaires. Les relations ainsi obtenues sont énormément plus complexes que celles des commandes scalaires, mais en contrepartie elles permettent d'obtenir de meilleures performances lors des régimes transitoires. Il existe des commandes vectorielles pour l'ensemble des moteurs à courant alternatif.

Bilans de puissance

Bilan de puissance de la machine fonctionnant en moteur

On utilise les notations suivantes :

$P_a \,$ : puissance absorbée ou puissance électrique apportée à la machine
$P_u \,$ : puissance utile ou puissance mécanique transmise à la charge

Les pertes sont le plus souvent notées en minuscule :

$p_{Js} \,$ : pertes par effet Joule dans le bobinage du stator
$p_{fs} \,$ : pertes dans le fer du stator
$p_{Jr} \,$ : pertes par effet Joule dans le cuivre (barres + anneaux) du rotor
$p_{fr} \,$ : pertes dans le fer du rotor. Fréquemment, on fait l'hypothèse qu'elles sont négligeables car ces dernières dépendent de la fréquence des courants qui induisent le champ magnétique dans le fer. Or la fréquence des courants dans le rotor ( $gf \,$ ), lors du fonctionnement normal de la machine alimentée en régime sinusoïdal de courant, est particulièrement faible. Néanmoins il faut quelquefois en tenir compte quand la machine est alimentée par un onduleur ou dans certains types de fonctionnement à fort glissement.
$p_m \,$ : pertes mécaniques

Le schéma ci-dessous représente la transmission de la puissance à travers la machine : Bilan de Puissance d'un moteur asynchrone.png

$P_{tr} = P_a - p_{Js} - p_{fs} \,$ est la puissance transmise au rotor

On peut vérifier que $p_{Jr} = g . P_{tr} \,$ , d'où $P_u = (1 - g) P_{tr} - p_m \,$ si on néglige $p_{fr} \,$ .

Bilan de puissance de la machine fonctionnant en génératrice

Comparé au cas précédent, la puissance utile devient la puissance électrique apportée au réseau et la puissance mécanique est la puissance absorbée.

$P_a \,$ : puissance absorbée = puissance mécanique apportée à la machine (en général, absorbée au niveau du rotor)
$P_u \,$ : puissance utile = puissance électrique transmise au réseau (transmise par le stator).

Les pertes sont les mêmes que pour le fonctionnement en moteur.

Machine asynchrone monophasée

La constitution interne d'une machine asynchrone monophasée est la même que celle d'une machine triphasée à la différence près, que son stator se compose d'un enroulement et non de trois. Le champ magnétique créé par une bobine monophasée est un champ pulsant et non tournant comme pour celui créé par trois bobines triphasées. Un champ pulsant peut se décomposer en deux champs tournants qui se déplacent dans des sens opposés. Chaque champ tournant tendant à entraîner la machine dans le même sens que lui. Quand le rotor est à l'arrêt, le couple créé par chacun des champs tournants est de même valeur. Ainsi, le moteur ne peut démarrer. Pour démarrer un tel moteur, il faut par conséquent le lancer ou avoir recours à un système annexe. Une fois le moteur lancé, et amené à sa vitesse nominale, le moteur possède un glissement proche de 0 pour l'un des champs tournants, et de 2 pour le second. Le couple créé par le premier champ étant plus important que le couple créé par celui de sens contraire, le moteur continue à tourner.

Les machines asynchrones monophasées ont des caractéristiques (couple/puissance massique, rendement, facteur de puissance, etc. ) plus faibles que leurs homologues multiphasées. Ces machines sont toujours utilisées en moteur et le plus souvent limitées à des puissances de quelques kilowatts.

Dispositifs de démarrage

Quand il est alimenté en monophasé, le moteur asynchrone nécessite un dispositif de démarrage. Différentes solutions permettent une différenciation de ces moteurs :

Les spires de Frager (ou bagues de déphasage) qui sont utilisées dans des systèmes strict un couple assez faible au démarrage tels que les ventilateurs électriques et d'autres petits appareils électroménagers.
Un enroulement auxiliaire de démarrage en série avec un condensateur, avec peut-être un commutateur centrifuge de coupure : ce type de moteur peut le plus souvent apporter un plus grand couple de démarrage. On les trouve dans les machines à laver et dans l'outillage électroportatif de puissance moyenne (supérieure à 1500 W).
- À l'arrêt le condensateur et l'enroulement de démarrage sont reliés à la source d'énergie, fournissant le couple de démarrage et déterminant le sens de rotation. Il suffit d'inverser l'enroulement auxiliaire pour que le moteur tourne dans l'autre sens.
- Habituellement, une fois le moteur lancé à une certaine vitesse, un interrupteur centrifuge ouvre le circuit de l'enroulement et du condensateur de démarrage.

Raccordement

Le raccordement au réseau ou à un variateur de ces moteurs, monophasés et triphasés, passe par un bornier (plaque à limite) protégé par un boîtier fixé sur le moteur. L'accès au boîtier se fait le plus souvent en démontant un couvercle étanche localisée sur le dessus. L'entrée du ou des câbles se fait par un (ou plusieurs) presse-étoupe chargé d'assurer l'étanchéité mais aussi le maintient mécanique du câble d'alimentation.

Les six limites des enroulements du stator des moteurs triphasés sont toujours positionnées de la même manière sur la plaque à limites. Cette organisation spécifique permet le raccordement soit en étoile, soit en triangle, suivant une procédure simple et standardisée.

Vue schématique d'une plaque à limites. En noir, les enroulements.

Raccordement étoile

Raccordement en triangle.

Les moteurs triphasés sont susceptibles de tourner dans deux directions. Qu'ils soient connectés en étoile ou en triangle, l'inversion de leur sens de marche s'effectue simplement en permutant deux des conducteurs d'alimentation, par exemple U1 et V1 sur les schémas ci-dessus. Attention ! Une permutation circulaire des trois conducteurs n'inverse pas le sens de rotation.

Annexes

Bibliographie en langue française

J. Chatelain, Machines électriques. Volume X du traité d'électricité, d'électronique et d'électrotechnique, Presse polytechnique romande, Éd. Georgi 1983, (réédité par Dunod, 1993)
A. Fouillé, Électrotechnique à l'usage des ingénieurs. T. 2, Machines électriques, Dunod 1969
Jean-Paul Hautier, Jean-Pierre Caron, Modélisation et commande de la machine asynchrone, vol. 7, TECHNIP, coll. «Méthodes et pratiques», 1995, 304 p. (ISBN 2-7108-0683-5)
Mikhail Kostenko et Ludvik Piotrovski, Machines électriques, Tomes I et II, Éditions de Moscou (Mir), 1969, (réédité en 1979), 1348 p.
M. Poloujadoff, Conversions électromécaniques : maîtrise d'EEA et C3 - Électrotechnique, Dunod, Paris, 1969
M. Poloujadoff, Machines asynchrones - Régime permanent, D 3480, Encyclopédie de Techniques de l'ingénieur, 1998
M. Poloujadoff, Machines asynchrones - Régimes quelconques, D 3485, Encyclopédie de Techniques de l'ingénieur, 2000
B. Saint-Jean, Électrotechnique et Machines électriques, LIDEC - Eyrolles, 1976, 373 p. (ISBN 0-7762-5651-3)
Guy Seguier et Francis Notelet, Électrotechnique industrielle, Tec et doc, 2006, 552 p. (ISBN 2-7430-0791-5)

Francis Labrique, Ernest Matagne, Damien Grenier et Hervé Buyse, Électromécanique, convertisseurs d'énergie et actionneurs, Dunod, 2001, 306 p. (ISBN 2-1000-5325-6)

Liens externes

Notes et références

↑ (en) Brevet U. S. 359748
↑ voir histoire de l'électricité
↑ (it) Museo Elettrico - Galileo Ferraris
↑ Site de l'association des entreprises électriques suisses : http ://www. strom. ch/fr/internet/content---1--1020--70. html
↑ Site métropole - le MP 89 [1]
↑ Fiche technique du constructeur Alstom [2]
↑ Guide des solutions en automatisme 2007 de Schneider Electric § 3-1, § 3-4 et § 3-6. version actuelle on-line
↑ M. A. Iliovici, Cours moyen d'électricité industrielle, vol. 2 : génératrice et moteurs a courant alternatifs ; transformateurs ; applications industrielles de l'électricité, Librairie de l'Enseignement Technique Léon Eyrolles, Paris, 1945, 496 p. , «Démarrage d'un moteur d'induction polyphasé», p. 78.
quatorzième édition
↑ Tom Bishop, Squirrel cage rotor testing, EASA convention, June 2003 (disponible online sur le site de Pumping Machinery
↑ [pdf] Centre de mutualisation et de recherche pédagogique en technologie et sciences industrielles de l'académie de Poitiers

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