1

Machine asynchrone

��Principe Principe -- DDééfinitionsfinitions

N SB

Stator : Inducteur

Rotor : Cage d ’écureuil

sΩ

Ω

Pulsation du statorSynchronisme

Pulsation du Rotor

sΩ ralentissement du rotor

sΩ=Ω

g Glissement

s

s

s

s

N

NNg

−=Ω

Ω−Ω=

2

Machine asynchrone

��Constitution Constitution -- PrincipePrincipe

ִִStator Stator : c: c ’’est est ll ’’inducteur

=> champ tournant ΩΩΩΩΩΩΩΩss

ִִRotor :Rotor : c ’est l ’induit

=> vitesse de rotation ΩΩΩΩΩΩΩΩ< < ΩΩΩΩΩΩΩΩss

3

Machine asynchrone

��Constitution Machine complConstitution Machine complèètete

4

P3

Machine asynchrone

��ConstitutionConstitutionStatorStator

ִil est constitué de 3 enroulements parcourus par des courants alternatifs triphasés

ִLe champ statorique est crée par le passage du courant dans les enroulements(règle du tire bouchon)

P2P1

5

Machine asynchrone

��ConstitutionConstitutionRotor Cage d ’écureuil

ִPour les petites puissances (usuellement < 10 kW), il est composé de barres conductrices, très souvent en aluminium.

ִLes extrémités sont reliées par deux couronnes conductrices.

ִCe moteur est dépourvu de collecteur et de balais

Rotor à cage d ’écureuil

6

Machine asynchrone

��ConstitutionConstitutionRotor bobinRotor bobinéé

ִLes tôles de ce rotor sont munies d ’encoches ou sont placés les conducteurs

ִReliées à l'extérieur via un collecteur simplifié à trois bagues, et court-circuité en fonctionnement normal.

ִOn peut accéder à ces bobinages par l ’intermédiaire de trois bagues et de trois balais

Rotor bobiné

Bagues

7

Machine asynchrone

�Symbole

8

Machine asynchrone

�Plaque signalétique Machine asynchrone

9

Machine asynchrone

�Connexion machine asynchrone

Etoile Triangle

10

Machine asynchrone

Fonction moteur Fonction alternateur

�Réversibilité

11

Couple

Vitesse

Machine asynchrone

��CaractCaractééristique de fonctionnementristique de fonctionnement

12

��Vitesse de rotationVitesse de rotation

p

gfgnn s

)1()1(

−=−=

Pairede pôles

Vitessede rotation

Vitesse duchamp tournant

fréquenceglissement

Machine asynchrone

Moteur

13

��Vitesse de rotation : Action sur les pôlesVitesse de rotation : Action sur les pôles

P est un nombre entier.Les différentes vitesses seront des multiples.Dans la pratique on limite la variationà deux vitesses (PV et GV)

p

gfn

)1( −=

On parle de variation par couplage de pôles

Rem Principe utilisé sur les aerogénérateurs asynchrones (voir exemples éoliennes)

Machine asynchrone

Moteur

14

��Vitesse de rotation : Action sur les pôlesVitesse de rotation : Action sur les pôles

Machine asynchrone

Moteur

T/Tn I/In

1000 3000 1000 3000

caractéristiques du couple et du couranten fonction de la vitesse

15

��Vitesse de rotation : Action sur les pôlesVitesse de rotation : Action sur les pôles

Machine asynchrone

Moteur

On a 4 pôles PV (1500 tr/min)

On a le couplage triangle série

On a 2 pôles GV (3000tr/min)

On a le couplage étoile parallèle

L1

L2L3 L2

L1 L3

16

��Vitesse de rotation : Action sur le glissementVitesse de rotation : Action sur le glissement

Machine asynchrone

Moteur

Cr

r

17

Machine asynchrone

Génératrice

ִִGGéénnéératrice ratrice Ω > Ω > Ω > Ω > Ω > Ω > Ω > Ω > ΩΩΩΩΩΩΩΩss ( g g < 0) < 0) ("hypersynchronisme" )Consommant de la puissance réactive, elle doit être

couplée au réseau ou à une batterie de condensateurs dans le cas d'une utilisation isolée.

Son emploi est réservé aux générateurs de puissance moyenne dont l'arbre d'entraînement tourne à des vitesses fortement variables : mini centrale hydraulique, éolienne, turbine ou moteur à gaz de récupération...

ִLes dispositifs permettant de contrôler la vitesse des moteurs asynchrones restent valables pour les génératrices.

(nombre de paires de pôles, résistance rotorique (machines à rotor bobiné)

18

Machine asynchrone

��Avantage et inconvAvantage et inconvéénientsnients

machine à cage :ִ- Durée de vie très élevée ; maintenance quasi

inexistante (paliers...)

ִ- Faible coût

Mais

ִ- Vitesse de rotation dépendant de la charge appliquée sur l'axe

ִ- Contrôle électronique de vitesse et de couple complexe...

19

Machine asynchrone

��Domaine dDomaine d ’’applications Eolienne vitesse fixeapplications Eolienne vitesse fixe

Windmaster750kW•Diamètre rotor :43,4m•Vitesse nominale du vent = 15m/s•Vitesse de vent de coupure = 20 m/s•Vitesse de vent de démarrage = 4m/s•Fréquence de rotation : 32,45tr/min

•Génératrice asynchrone à cage•Puissance nominale : 750kW•Fréquence de rotation : 1509 tr/min•Tension nominale : 660V•Fréquence : 50Hz

Génératrice asynchrone à rotor à cage

Rapport de multiplication 46,5

20

Machine asynchrone

��Domaine dDomaine d ’’applications Eolienne applications Eolienne àà 2 vitesses2 vitesses

Bonus 2,3MW•Diamètre rotor :82,4m•Vitesse nominale du vent = 15m/s•Vitesse de vent de coupure = 25 m/s•Vitesse de vent de démarrage = 3m/s•Fréquence de rotation : 17-11tr/min

•Génératrice asynchrone 2 vitesses(4 ou 6 pôles)•Puissance nominale : 2300-400kW•Fréquence de rotation : 1515-1000 tr/min•Tension nominale : 690V•Fréquence : 50Hz

Génératrice asynchrone à rotor à cage à deux vitesses

Rapport de multiplication 91

21

Machine asynchrone

Vestas V47-660kW•Diamètre rotor : 47m•Vitesse nominale du vent = 15m/s•Vitesse de vent de coupure = 25 m/s•Vitesse de vent de démarrage = 4m/s•Fréquence de rotation : 17-11tr/min

•Génératrice asynchrone à rotor bobiné•Puissance nominale : 660kW•Fréquence de rotation : 1515 tr/min•Tension nominale : 690V•Fréquence : 50Hz

Génératrice asynchrone à rotor bobiné équipé d ’un rhéostat de glissement

Rapport de multiplication 53,16

��Domaine dDomaine d ’’applications Eolienne vitesse fixeapplications Eolienne vitesse fixe