cours moteurs elec

8/19/2019 Cours Moteurs Elec

1/59

1

Les moteurs électriquesIsabelle Chênerie, Patrick Ferré

[email protected], [email protected]


2/59

2

Ces diaposities constituent le support de cours.

!lles seront co"plétées par des dé"onstrations et e#plications en a"phi.

$a présence en cours est donc forte"ent conseillée.


3/59

%

Chapitre 1

Présentation des "oteursélectri&ues


4/59

'

Fonction d’un moteur

"oteur puissance électri&ue puissance "écani&ue

fournie par

l(ali"entation

électri&ue

)puissance absorbée*

disponible

sur l(arbre

du "oteur

)puissance utile*

Pertes + puissance absorbée puissance utile

ni"ation


5/59

Bl id F d ×=

Force de Laplace

F d F d B B

courant courantcourant

B

0=Φ δ

r/gle des % doigts de la "ain droite 0 courant cha"p - force


6/59

Principe de fonctionnement

courant B B

F d F d courant

0=Φ δ

0=Φ δ


7/59

Eléments de base d’un

moteur

$e stator )ou inducteur* 0

partie fi#e,

produit le cha"p"agnéti&ue

$e rotor )ou induit* 0partie "obile,

en rotation

!#e"ple

rotor

stator


8/59

3


9/59

4

Les différents types de

moteurs

5 6oteur 7 courant continu aantage 0 réglage de itesse facile

8i l(e#citation est série

il peut fonctionner en

alternatif + "oteur uniersel

Collecteur 9 balais

ali"entent l(induit

+ point faible)usure*

:tilisation décroissante


10/59

1;

6oteur as


11/59

11

6oteur pas 7 pas

+ petit "oteur de précision

Les différents types de

moteur

8


12/59

12

Exemples d’utilisation

6oteur 7 courant continu)batteries, piles*

Petits outils,appareils électroportatifssans fil

6oteur uniersel

)secteur*

Petit et "o


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1%

Chapitre 2

6oteurs 7 courant continu


14/59

1'

1 . Généralités

6

I

: !(

I

:

?

Schéma fonctionnel Schéma électrique équivalent en continu


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1

1-a : modes d’alimentation

!#citation séparée

- inducteur + circuitindépendant )donc

2 ali"entations*- ali"entation continue

pour l(induit

!#citation série

- induit et inducteurdans le "ê"e circuit- une ali"entation uni&ue

en continu

UE’

IRrotor

U

Rstator

E’

IRrotor


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1

1-b : équations électriques

$oi d(h"

Fce" induite

RI E V U += ∋)(

ΦΩ= ')(' E K V E

e#citation séparée 0 ? + ?rotor e#citation série 0 ? + ?rotor 9 ?stator

Φflu# 7 traers les spires de l(induit )Ab*

Ω itesse de rotation )radBs*

constante

)conention récepteur*

Ditesse de rotation Ω + !( B !( Φ + ):-?I* B!( Φ

Ω(radBs* + E)trB"n*.2πB; + n)trBs*.2π


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1

1-c : bilan de puissance

utile pertesabsorbée P P UI P +==


18/59

13

!eprésentation sc"ématique du bilan de puissance

Pertes fer 9 Pertes "éca + Pertes collecties + constante

pour tout point de fonctionne"ent

PG


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14

1-d : relation puissance - couple

P + C . Ω

Puissance + couple . itesse

Aatts + )E."* . )?adBs*

tout ter"e de puissance on peut donc associer un couple


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2;

1-e : couples

?elation de définition

Couple "oteur Putile + C"ot . Ω )1*

Couple de pertes

collecties

Pfer 9 P"éca + Cpertes . Ω )2*

Couple

électro"agnéti&ue Ce"ag + Cpertes 9 C"ot

)1*0 la puissance se répartit entre couple "oteur et itesse

)2* 0 pertes constantes, "esurées par un essai 7 ide

)%* 0 #ema$ % '


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21

1-f : rendement

5 >éfinition générale

6oteur 7 e#citation série

6oteur 7 e#citation séparée 0

- inducteur 7 ai"ant per"anent pas de pertes dans le circuit inducteur

- inducteur bobine

pertes dans le circuit inducteur

absorbée

utile

P

P

=η

UI

C mot Ω⋅

=η

inducteur J

mot

P UI

C

+

Ω⋅=η

UI

C mot

Ω⋅=η


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22

. (oteur ) courant continu

excitation série


23/59

2%

-a équations du moteur

5 ension d(ali"entationaec

5 Fce" induiteaec )"achine non saturée*

Ditesse

5 Couple électro"agnéti&ue

RI E U += ∋

ΦΩ= '' E K E

Φ−=Ω

' E K RI U

I K C C emag Φ=

I I I rotor stator ==

-l i " e n t a t i o n s é r i e

I α =Φ


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2'

-b fonctionnement moteur * c"ar$e

) +itesse constante

C r é sis tan t

= C mot

pertesC t résis C I K C −Φ=ταν

régi"e établi ou per"anent

"oteur charge

, la charge i"pose le courant

, +ide, et si l(on néglige les pertes,

∞=Ω⇒=⇒= 00tan I C t résis

emballement du moteur


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2

-c pour ré$ler la +itesse :

Φ−=Ω

' E K RI U

ec une ali"entation ariable

il est possible de régler la itesse.

?e"ar&ue 0 si la "achine est peu chargée,

I et Φ sont faibles,

et Ω deient tr/s i"portant

un moteur série ne doit pas fonctionner ) +ide


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2

-d p"ases du mou+ement de la c"ar$e

t

vitesse

accélération

coupled’accélération

régime établi

définit le pointde

fonctionne"ent

décélération

couple deralentissement

accrésmot C C C += résmot C C = ral résmot C C C −=


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2

-e représentation couple +itesse

caractéristique mécanique/

I K C C C C mot pertesemag Φ=+=

RI K RI E U E +ΦΩ=+= ∋∋

I α =Φ

pertes

E

C mot C R K

U

K C −???

?

???

?

+Ω⋅=

2

∋α α


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23

Ω

8i les pertes sont négligées 0

? + ; et Cpertes + ;

C"ot arie en 1BΩ2

Couple "oteur éleé au dé"arrage,

!#e"ple fort couple 9 faible itesse )traction, la"inoirs*

!#e"ple faible couple 9 forte itesse )centrifugeuse*

mot C


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24

0 . (oteur ) courant continu

excitation séparée


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%;

0-a équations du moteur

5 ension d(ali"entationaec

5 Fce" induite

Φ est i"posé par l(inducteur seul

Ditesse

5 Couple électro"agnéti&ue

RI E U += ∋

ΦΩ= '' E K E

Φ

−

=Ω' E K

RI U

I K C C emag Φ=

rotor R R =

-l i " e n t a t i o n s é p a r é e


31/59

%1

0-b démarra$e

RI E U += ∋

nulle au dé"arrage

Aquelques R

U

R

E U I 100

'

≈=

−

=

au démarra$e il y a surintensité

Pour li"iter la surintensité 0

5 aug"enter ?rotor par un rhéostat de dé"arrage

5 dé"arrer 7 tension : faible


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%2

0-c pour ré$ler la +itesse :

Φ

−=Ω

' E K

RI U

ec une ali"entation ariable

il est possible de régler la itesse

?e"ar&ue 0

en régi"e per"anent

t résis pertesmot pertesC emag C C C C I K C tan+=+=Φ=

)( tan t résisC f I =

)et de li"iter la surintensité au dé"arrage*


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%%

0-d représentation couple +itesse

caractéristique mécanique/

I K C C C C mot pertesemag Φ=+=

RI K RI E U E +ΦΩ=+= ∋∋

pertes E

C mot C R

K U K C −

ΦΩ−⋅Φ= ∋

mot C

Ω


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%'

Chapitre %

6oteur as


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%

1 - ,limentation trip"asée

>istribution 0 % phases 1,2,% ou ,H,C ou ?,8,

et un neutre E

ensions

si"plesensions

co"posées


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%

1-a : ensions simples

!&uations horaires 0

( )

⎟

⎠

⎞⎜

⎝

⎛+=

⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ −=

=

3

2sin2)(

32sin2)(

sin2)(

3

2

1

!

!

!

t V t "

t V t "

t V t "


37/59

%

Decteurs de Fresnel 0

riphasé é&uilibré direct 0

3

2133221 ///

321

π ϕ ϕ ϕ ===

===

ς ς ς ς ς ς

ς ς ς ς

0=Σ ις


38/59

%3

Decteurs de Fresnel

pour un s


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%4

!&uations horaires 0

u12

=U 2 sin(ωt +π

6)

u23

=U 2 sin(ωt −π

2)

u31

=U 2 sin(ωt − 7π

6)


40/59

';

U =V 3

1-c : !elation entre 2 et 3


41/59

'1

1-d : !écepteur trip"asé équilibré

ii 0 courants de ligne

i 0 courants dans les charges ou de phase


42/59

'2

1-d : !écepteur étoile

ii J I =

ensions et courants )récepteur étoile*


43/59

'%

n pose ,

facteur de puissance

)(33

)(sin3sin3

)(cos3cos3

VAUI VI #

VAr UI VI $

% UI VI P

==

==

==

ϕ ϕ

ϕ ϕ

& i" ϕ ϕ ϕ ϕ =−=

ϕ cos

Puissance actie

Puissance réactie

Puissance apparente

Puissances )récepteur étoile*


44/59

''

Pertes par effet Goule )récepteur étoile*

pour les % phases

P J

= 3

2 RI

2aec ? + 2r

1 !é t t i l


45/59

'

1-e : !écepteur trian$le

8ché"as électri&ues


46/59

'

3 J I =

Decteurs de Fresnel )récepteur triangle*


47/59

'

UI JU #

UI JU $

UI JU P

33

sin3sin3

cos3cos3

==

==

==

ϕ ϕ

ϕ ϕ

Puissances )récepteur triangle*

n pose ,

facteur de puissance

& 'u ϕ ϕ ϕ ϕ =−=ϕ cos


48/59

'3

Pertes par effet Goule )récepteur triangle*

pour les % phases

P J

= 3

2 RI

2

aec ? + 2rB%


49/59

'4

?ésu"é 0

Couplage étoile Couplage triangle

?elation entre : et D

?elation entre I et G

>éphasage

Puissance actie

Pertes Goule

?ésistance é&uialente

Puissance réactie

Puissance apparente

Facteur de puissance

U = V 3

U = V 3

I = J 3

I = J

V I ,ϕ U J ,ϕ

ϕ

ϕ

cos3

cos3

UI P

VI P

=

=

ϕ

ϕ

cos3

cos3

UI P

UJ P

=

=

22

2

33 RI rI P ==

22

2

33 RI rJ P ==

R = 2r

R = 2

3r

Q = 3UI sinϕ

Q = 3UI sinϕ

S = 3UI

S = 3UI

cos

cos

1 f : rel4+ement du facteur de puissance


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;

Qc = −C ωU 2

QcTot = 3Qc = −3C ωU 2

récepteur triangle 0

Puissance actie Puissance réactie Facteur de puissance

Charge seule n a

$es troiscondensateurs seuls

Charge

9

condensateurs

n eut

P

P

0

Q = Ptgϕ

Q'= Q + Qc

= Ptgϕ'

Qc = −3C ωU 2

0

cos

cosϕ'> cosϕ

1-f : rel4+ement du facteur de puissance


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1

( )2

3

'

U

tg tg P C

!

ϕϕ −=

!toile 0( )

2

'

U

tg tg P C

!

ϕϕ −=

riangle 0

For"ules de calcul des condensateurs 0


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2

- (oteur async"rone trip"asé

- % enroule"ents

- p paires de pJles

ns = f

p

-a : principe de fonctionnement

b : sc"émas


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%

-b : sc"émas


54/59

'

-c : P"énom4ne de $lissement


55/59

s

s

n

nn g

−=Klisse"ent : $

- 7 ide 0

n = ns⇒ g = 0

- en charge

n


56/59

-d : #aractéristique mécanique n/

Mone linéaire 0 n( ∝


57/59

-d : #aractéristique mécanique $/

Mone linéaire 0 g ( ∝

f


58/59

3

-e : point de fonctionnement

f bil d i


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Pa

= 3UI cosϕPuissance électri&ue absorbée 0

Pertes par effet Goule au rotor 0tr Jr gP P ≈

Puissance utile + puissance absorbée - pertes

-f : bilan des puissances

Pertes par effet Goule au stator 0 P Js

= 3

2 RI

2

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