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LF-EEA

Atelier de machines

Electriques

OBJECTIFS DU TP :

Connaitre les procédés de démarrage des moteurs asynchrones triphasé. Maitriser le câblage des circuits de commande et de puissance des

circuits de démarrage.

TP 1

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Atelier Electronique Industriel

1- RAPPEL THEORIQUE 1-1- Introduction Lors de la mise sous tension d'un moteur asynchrone, celui-ci provoque un fort appel de courant qui peut provoquer des chutes de tension importantes dans une installation électrique. Pour ces raisons et autres, il faut parfois effectuer un démarrage différent du démarrage direct. Il est donc logique de limiter le courant pendant le démarrage à une valeur acceptable. Mais si l'on limite le courant, on limite du fait la tension (dans certain cas seulement). Remarque: Cette étude ne tient pas compte des possibilités offertes par les variateurs électroniques de fréquence. 1-2- Choix d’un démarreur Le choix d’un démarreur est guidé par des critères économiques et techniques qui sont : • les caractéristiques mécaniques, • les performances recherchées, • la nature du réseau d’alimentation électrique • l’utilisation du moteur existant dans le cas d’un rééquipement, • la politique de maintenance de l’entreprise • le coût de l’équipement. Le choix d’un démarreur sera lié : • au type d’utilisation : souplesse au démarrage, • à la nature de la charge à entraîner • au type de moteur asynchrone • à la puissance de la machine • à la puissance de la ligne électrique • à la gamme de vitesse requise pour l’application. Dans la pratique il existe plusieurs types de démarreurs tel que :

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Démarrage direct, Démarrage étoile triangle, Démarrage statorique, Démarrage rotorique, Démarrage par autotransformateur, Démarrage électronique.

Dans cette séance de travaux pratiques, on s’intéresse au démarrage direct et le démarrage étoile / triangle. 1-3- Le démarrage direct C'est le mode de démarrage le plus simple. Le moteur démarre sur ses caractéristiques "naturelles". Au démarrage, le moteur se compoorte comme un transformateur dont le secondaire (rotor) est presque en court-circuit, d'où la pointe de courant au démarrage. 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). La figure 1 donne les caractéristiques mécaniques du démarrage direct.

Figure 1 : Caractéristiques électriques et mécaniques du démarrage direct

Malgré les avantages qu'il présente (simplicité de l'appareillage, démarrage rapide, coût faible), le démarrage direct convient dans les cas ou :

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o La puissance du moteur est faible par rapport à la puissance du réseau (dimension du câble)

o La machine à entraîner ne nécessité pas de mise en rotation progressive et peut accepter une mise en rotation rapide,

o Le couple de démarrage doit être élevé Ce démarrage ne convient pas si

o Le réseau ne peut accepter de chute de tension o La machine entraînée ne peut accepter les à-coups mécaniques

brutaux o Le confort et la sécurité des usagers sont mis en cause (escalier

mécanique) 1-4- Le démarrage étoile triangle Ce mode de démarrage n'est utilisable si les deux extrémités de chaque enroulement sont accessibles. De plus, il faut que le moteur soit compatible avec un couplage final triangle. La figure 2 donne les schémas de branchement pour les deux modes de couplages (couplage étoile et couplage triangle)

Figure 2 : Couplage étoile et couplage triangle d’un moteur asynchrone

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Les équations des courants et des tensions sont données par les relations suivantes :

Lors du couplage étoile, chaque enroulement est alimenté sous une tension 3 fois plus faible, de ce fait, le courant et le couple sont divisés par 3. Lorsque les caractéristiques courant ou couple sont admissibles, on passe au couplage triangle. Le passage du couplage étoile au couplage triangle n'étant pas instantané, le courant est coupé pendant 30 à 50 ms environ. Cette coupure du courant provoque une démagnétisation du circuit magnétique. Lors de la fermeture du contacteur triangle, une pointe de courant réapparaît brève mais importante (magnétisation du moteur). La figure 3 donne les caractéristiques électriques et mécaniques de ce mode de démarrage.

Figure 3 : Caractéristiques électriques et mécaniques du démarrage étoile triangle

1-5- Variation de vitesse d’un moteur asynchrone triphasé La variation de vitesse d’un moteur asynchrone peut être obtenue par

Variation du nombre de pôles. Modification du glissement (moteur à rotor bobiné uniquement). Alimentation à fréquence variable.

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Dans la pratique on peut rencontrer : Moteur à deux vitesses « enroulements séparés » Les deux vitesses sont obtenues par deux bobinages séparés logés dans les encoches du stator. La figure 1 donne les deux modes de couplage pour la petite vitesse et la grande vitesse.

Figure 4 : Couplage d’un moteur asynchrone à deux enroulements séparés

Moteur à deux vitesses par couplage des enroulements ( DAHLANDER) Dans un bobinage de moteur asynchrone, si on connecte à l’envers une bobine sur 2 de chaque phase d’un enroulement, la vitesse du champ est doublée. On peut donc obtenir, par couplage des enroulements, 2 vitesses, l’une double de l’autre. Pour la petite vitesse, le réseau est connecté sur les 3 bornes correspondantes (1W -1V-1U) les autres bornes (2U-2V-2W) ouverts. Ce mode de couplage correspond à un couplage triangle série comme indiqué sur la figure 5.

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Figure 5 : Couplage triangle série d’un moteur asynchrone DAHLANDER

Pour La grande vitesse, le réseau est connecté sur les 3 bornes correspondantes (2U -2V-2W) et les autres bornes (1W -1V-1U) court-circuités. Ce mode de couplage correspond à un couplage étoile parallèle comme indiqué sur la figure6.

Figure 6 : Couplage étoile parallèle d’un moteur asynchrone DAHLANDER

2- PREPARATION

Pour réaliser ce TP, on met à votre disposition le matériel nécessaire suivant :

Un banc didactique pour circuits industriels de contacteurs mod. TST-3/EV Jeu de câbles pour les connexions électriques Un moteur asynchrone triphasé DAHLANDER.

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3- Travail Pratique

3-1- Etude des composants de la maquette

a- En se basant sur le banc didactique mis à votre disposition, vérifier le

fonctionnement de chaque composant.

3-2- Etude du moteur asynchrone triphasé DAHLANDER

a- Relever les caractéristiques du moteur mis à votre disposition. b- Au moyen des câbles d’interconnexion, coupler les bornes du moteur pour

le fonctionnement en petite vitesse. c- Appliquer le réseau triphasé au moteur et tester son fonctionnement pour

ce mode de couplage et mesurer la vitesse de rotation. d- Inverser le sens de rotation du moteur. e- Changer le couplage du moteur pour le fonctionnement à grande vitesse. f- Appliquer le réseau triphasé au moteur et tester son fonctionnement pour

ce mode de couplage et mesurer la vitesse de rotation. 3-3- Commande a distance de marche avant/arrière du moteur asynchrone triphasé DAHLANDER On veut commander le moteur mis à votre disposition couplé à petite vitesse dans les deux sens de rotation. Le bouton S2 commande le moteur dans le sens horaire (avant), le bouton S4 commande le moteur dans le sens antihoraire (arrière) et le bouton S1 arrête le moteur. Un voyant H1 s’allume lorsque le moteur est à l’arrêt et un autre voyant H2 s’allume lorsque le moteur tourne dans l’un des deux sens. Le moteur doit être protégé par un relais thermique RT1. Le schéma du circuit de commande et de puissance de la commande du moteur est donné par la figure 7.

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Figure 7 : Schéma du circuit de commande et de puissance de la commande du moteur

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D’après le schéma de la figure précédente :

a- Peut-on activer simultanément les deux contacteurs ? b- Comment peut-on prévenir l’activation simultanée des deux contacteurs ? c- Qu’arrive-t-il si le relais thermique RT1 se déclenche ? d- Peut-on brancher une lampe témoin pour signaler l’éventuelle intervention

du relais thermique ? e- Faire le câblage des circuits de commande et de puissance et vérifier son

fonctionnement (moteur couplé à petite vitesse). f- Modifier le câblage du circuit de commande de telle sorte que lorsque le

moteur tourne dans le sens horaire, le voyant H2 s’allume et lorsque le moteur tourne dans le sens antihoraire, le voyant H3 s’allume. H1 s’allume lorsque le moteur est à l’arrêt.

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OBJECTIFS DU TP :

Mesurer la résistance interne des enroulements de la machine. Réaliser les essais nécessaires sur la machine pour déterminer ces

caractéristiques mécaniques et électriques.

TP 2

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1- RAPPEL THEORIQUE

2- PREPARATION Rappeler les formules qui permettent d’obtenir :

Le glissement du rotor Les pertes Joule rotoriques Le rendement Donner les caractéristiques mécaniques et électriques de la machine mise

à votre disposition.

3- TRAVAIL PRATIQUE Durant cette séance de TP, on se propose d’effectuer les essais suivants sur la machine :

Essai à vide d’un moteur asynchrone triphasé Essai en court circuit d’un moteur asynchrone triphasé Mesure de la résistance d'enroulement d’un moteur asynchrone triphasé Essai en charge d’un moteur asynchrone triphasé avec frein à courant

parasites 3-1- Essai à vide du moteur asynchrone triphasé Cet essai à pour but de déterminer les valeurs des pertes à vide P0 et du courant à vide I0 en fonction de la tension appliquée à la machine. Pour réaliser cet essai on aura besoin de :

3 Ampèremètres 1 Voltmètre 2 wattmètres

Le montage de mesure est donné par la figure 1.

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Figure 1 : schéma de montage de l’essai à vide du moteur

a- Réaliser le câblage du montage de la figure 1. En partant d’une tension supérieure de 20% de la tension nominale et prélèvera les différentes valeurs de courant, des puissances indiquées par les wattmètres pour des valeurs de tension d’alimentation décroissantes. On rappelle que

0..3

0)0( ,23130

IU

PCosPPP =±= ϕ

b- Remplir le tableau suivant : N0 : Vitesse de rotation du moteur

U12 I0 P13 P23 P0 Cos(ϕϕϕϕ0) N0

c- Tracer sur le même graphique les courbes

P0 = f(U) , I0 = f(U) et Cos(ϕϕϕϕ0) = f(U).

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d- Déduire les valeurs de P0, I0 et Cos(ϕϕϕϕ0) correspondant à la tension nominale du moteur.

Pour séparer les pertes fer des pertes mécaniques, on doit tracer la courbe P0 = f(U2) et déduire ces deux types de pertes comme indique la figure 2.

Figure 2 : Séparation des pertes fer et des pertes mécaniques au cours de l’essai à vide.

e- A partir du tableau précédent, tracer la caractéristique P0 = f(U2) et déduire les pertes fer et les pertes mécaniques de cette machine.

f- Interpréter les résultats obtenus.

3-2- Essai en court circuit du moteur asynchrone triphasé L'essai en court-circuit a pour objectif principal de déterminer l'intensité du

courant absorbé et le cosϕ, lorsque le moteur est alimenté avec rotor bloqué. Cet essai permet de calculer les paramètres équivalents série du moteur (Xe - Re Ze) et, si l'on dispose d'un dynamomètre, de procéder à la mesure du couple de démarrage.

En fonctionnement avec rotor bloqué, le moteur asynchrone est considéré en court-circuit car les enroulements du stator et du rotor se trouvent en parfaite similitude électrique avec le primaire et le secondaire d'un transformateur statique fonctionnant en court-circuit.

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Ce n'est que lorsque l'on maintient bloqué le rotor que l'on annule la puissance mécanique engendrée, et par là également la résistance équivalente; dans ce cas, le rotor est en parfait court-circuit électrique sur lui-même. L'essai en court-circuit s'effectue habituellement sous des tensions convenablement réduites, de manière à faire circuler des courants dont l'intensité n'est pas très supérieure à celle indiquée sur la plaque. Les valeurs sous la pleine tension nominale (qui sont celles qui nous intéressent) s'obtiennent ensuite en admettant la proportionnalité directe intensité-tension et la proportionnalité quadratique puissance-tension. Il est bien de commencer l'essai par les valeurs plus élevées de courant, sur la machine à température ambiante. De cette façon, en effectuant rapidement les lectures, on à la certitude que le réchauffement limité des enroulements est pratiquement constant pour toute la série de lectures de courants plus élevés à ceux plus réduits; ainsi on ne cours pas le risque d'altérer l'allure des caractéristiques, étant celles-ci liées à la résistance équivalente et donc à la température. Le blocage du rotor est effectué par des dispositifs et souvent il peut être effectué avec les mains. En effet la basse tension d'alimentation est presque totalement employée pour dépasser les chutes de tension ohmiques et à produire flux de dispersion. Le flux d'enchaînement stator-rotor et, de conséquent, le couple moteur développé, résultent pourtant très réduits. L'essai de court-circuit devrait donc être effectué en bloquant le rotor dans une position intermédiaire entre celles d'intensité du courant d'utilisation maximale et minimale, mais cette opération présente des difficultés extrêmes, car le rotor tend à se mettre en position de courant minimal. On fait alors recours à un artifice commode: au lieu de maintenir bloqué le rotor, on le laisse tourner très lentement, de manière uniforme. Les aiguilles des instruments oscilleront ainsi automatiquement autour d'une indication moyenne, de lecture facile. La très faible vitesse du rotor n'aura pas la moindre incidence sur le fonctionnement, puisqu'il est tout à fait négligeable par rapport à celle du champ tournant.

a- Réaliser le schéma de montage de la figure 1.

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b- Remplir le tableau suivant :

U12cc Icc P13 P23 Pcc Cos(ϕϕϕϕcc)

c- Tracer sur le même graphique les courbes Pcc = f(Icc), Ucc = f(Icc) et

Cos(ϕϕϕϕcc) = f(Icc). d- Calculer les paramètres équivalents de la machine à tension réduite:

Impédance équivalente par phase: Ze = VCC/ICC

Réactance équivalente par phase: Xe = Ze.sin(ϕϕϕϕcc)

Résistance équivalente par phase : Re = Ze.cos(ϕϕϕϕcc)

e- Calculer les paramètres équivalents de la machine à tension nominale:

Courant de court circuit à tension nominale : ICC(Vn) = Icc.Vn/VCC

cos(ϕϕϕϕcc) à tension nominale: = cos(ϕϕϕϕcc) à tension réduite Puissance de court circuit à tension nominale:

Pcc(Vn) = 3.Vn.ICC(Vn).cos(ϕϕϕϕcc) 3-3- Mesure de résistance d’enroulement de la machine Pour effectuer cette mesure on pourra utiliser la méthode volt-ampère-métrique. Pour éviter d'échauffer les enroulements, le courant d'essai sera limité à 10% environ du courant nominal de phase. Le montage de mesure est donné par la figure 3.

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Figure 3 : schéma de montage de mesure de la résistance d’enroulement du moteur

a- Réaliser le montage de mesure permettant de mesurer la résistance de

chaque enroulement du moteur soit RE1, RE2 et RE3. b- Calculer la résistance moyenne d’une phase équivalente en étoile

( r = (RE1+RE2+RE3)/6) et remplir le tableau suivant :

RE1 RE2 RE3 r

c- Refaire les mêmes mesures pour un couplage triangle. d- Comparer les valeurs obtenues pour les deux couplages.

3-4- Essai en charge d’un moteur asynchrone triphasé avec frein à

courant parasites Cet essai permet la mise en évidence du comportement de la machine dans les conditions de travail effectif et est donc nécessaire une charge mécanique a appliquer à l'arbre du moteur en preuve. La charge mécanique est composée, dans le cas spécifique, du frein à courant parasite qui permet une régulation graduelle de l'effet freinant, à travers la régulation du courant continu qui coule dans ses électro magnétos. Le schéma du montage de cet essai est donné par la figure 4.

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Figure 4 : Schéma de montage de l’essai en charge de la machine.

a- Réaliser le câblage du montage de mesure donnée par la figure 4. b- En faisant varier la tension d’alimentation du frein, remplir le tableau

suivant :

I(A) U(V) Pa(W) N(tr/min) Tu(N.m) Pu(W) g(%) Cos(ϕϕϕϕ) ηηηη (%)

Pa

Pu

IU

PaCosNTuTuPuPPPa ===Ω=+= ηϕπ

,..3

)( ,.30

.. ,2313

c- Tracer les courbes Tu=f(N), I =f(Pa), Cos(ϕ)=f(Pa) et η =f(Pa). Interpréter les courbes obtenues.

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OBJECTIFS DU TP :



TP 3

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1- RAPPEL THEORIQUE

2- PREPARATION Rappeler les constituants et le symbole d’une machine synchrone triphasé. Rappeler le modèle équivalent par phase d’une machine synchrone. Rappeler le bilan de puissance d’une machine synchrone. Donner les caractéristiques mécaniques et électriques de la machine mise à votre disposition. Quelle est le nombre de paire de pôles de la machine synchrone mise à votre disposition ?

3- TRAVAILPRATIQUE Durant cette séance de TP, on se propose d’effectuer les essais suivants sur la machine :

Caractéristique de magnétisation d'une machine synchrone Caractéristique du court circuit d'une machine synchrone Mesure de la résistance d'enroulement d'une machine synchrone Caractéristiques externes d'une machine synchrone Caractéristiques d'une régulation de la machine synchrone

3-1- Caractéristique de magnétisation de la machine synchrone Cette caractéristique consiste à déterminé la f.e.m. à vide Ev générer par la machine en fonction du courant d’excitation Ie qui doit être donc variée par une valeur nulle jusqu’au delà de la valeur nominale. La machine est entrainée par un moteur à courant continu à excitation séparée piloté par un variateur de vitesse (voir le banc didactique mis à votre disposition).

a- Réaliser le schéma de connexion donné par la figure 1.

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Figure 1 : schéma de principe de l’essai à vide du moteur.

b- Alimenter le moteur à courant continu et porter la machine à sa vitesse

nominale de rotation (vitesse de synchronisme) sans exciter la machine synchrone.

c- Alimenter le circuit d'excitation et faire varier la tension d’excitation de la roue polaire et remplir le tableau de valeurs suivant :

Ie Ev

0,1.Ien

0,2.Ien

0,4.Ien

0,6.Ien

0,8.Ien

1,1.Ien

1,0.Ien

0,8.Ien

0,6.Ien

0,4.Ien

0,2.Ien

0,1.Ien

d- Tracer la caractéristique Ev = f(Ie). e- Interpréter la courbe obtenue.

3-2- Caractéristique en court-circuit de la machine synchrone Cet essai consiste à déterminé la le courant de court-circuit Icc générer par la machine en fonction du courant d’excitation Ie qui doit être donc variée par une valeur nulle jusqu’au delà de la valeur nominale.

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Figure 2 : schéma de principe de l’essai en court-circuit du moteur.

b- Alimenter le moteur à courant continu et porter la machine à sa vitesse

nominale de rotation (vitesse de synchronisme) sans exciter la machine synchrone.

c- Alimenter le circuit d'excitation et faire varier la tension d’excitation de la roue polaire et remplir le tableau de valeurs suivant :

Ie Icc

0,1.Ien

0,2.Ien

0,4.Ien

0,6.Ien

0,8.Ien

1,1.Ien

d- Tracer la caractéristique Icc = f(Ie). e- Interpréter la courbe obtenue.

3-3- Mesure de la résistance d'enroulement d'une machine synchrone Cet essai consiste à déterminé la résistance d’enroulement de la machine. Cet essai doit être réalisé lorsque la machine est à l’arrêt.


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Figure 3 : schéma de principe de mesure de la résistance d’enroulement de la machine.

b- Faire varier la tension d’alimentation (commencer par une valeur réduite) et remplir le tableau suivant :

Rm : Résistance mesurée, r – résistance d’un enroulement

Couplage étoile Couplage triangle

I U Rm r I U Rm r

0,2.In

0,4.In

0,6.In

0,8.In

In

c- Interpréter les valeurs obtenues.

3-4- Caractéristiques externe de la machine synchrone

Cet essai consiste à déterminé la caractéristique U= f(I) de la machine lorsque la vitesse est constante.


Figure 4 : schéma de principe de l’essai en charge de la machine.

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b- Alimenter le variateur et porter la machine à sa vitesse nominale de rotation (vitesse de synchronisme), exciter la machine synchrone et avec la charge déconnectée disposer la valeur de tension nominale en réglant soigneusement le courant d'excitation à sa valeur nominale.

c- Connecter la charge résistive et remplir le tableau de valeurs suivant :

Charge (%) I(A) U(V) P12(W) P23(W) P = P12+P23

0 %

10 %

30 %

50 %

70 %

80 %

90 %

100 %

d- Comparer P12 et P23 et expliquer le résultat de cette comparaison. e- Tracer U= f(I). f- Interpréter la courbe obtenue.

3-5- Caractéristiques de régulation de la machine synchrone

Cet essai consiste à déterminé la caractéristique Ie= f(I) de la machine.


Figure 5 : schéma de montage de l’essai de régulation de la machine.

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b- Alimenter le moteur et porter la machine a sa vitesse nominale de rotation (vitesse de synchronisme).

c- Régler le courant d'excitation de la machine synchrone à travers la régulation de l'alimentateur variable en c.c. jusqu'à obtenir la tension nominale aux terminaux de la machine synchrone quand la charge électrique n'est pas connectée.

d- Connecter la charge résistive et remplir le tableau suivant :

Charge (%) I(A) Ie(V)

0 %

10 %

30 %

50 %

70 %

80 %

90 %

100 %

e- Tracer Ie= f(I). f- Interpréter la courbe obtenue.

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OBJECTIFS DU TP :



TP 4

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1- RAPPEL THEORIQUE

2- PREPARATION Donner les caractéristiques mécaniques et électriques de la machine mis à votre disposition.

3- TRAVAILPRATIQUE Durant cette séance de TP, on se propose d’effectuer les essais suivants sur la machine :

Mesure de la résistance interne de la machine Essai à vide de la machine Essai en charge de la machine.

3-1- Mesure de la résistance interne de la machine Cet essai consiste à déterminé la résistance d’enroulement de la machine. Cet essai doit être réalisé lorsque la machine est à l’arrêt.


Figure 1 : schéma de principe de mesure de la résistance d’enroulement de la machine.

b- Faire varier la tension d’alimentation (commencer par une valeur réduite)

et remplir le tableau suivant pour les deux enroulements de la machine : Rm : Résistance mesurée,

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Enroulement principal (U1-U2) Enroulement axillaire (Z1-Z2)

I U Rm I U Rm

0,2.In 0,2.In

0,4.In 0,4.In

0,6.In 0,6.In

0,8.In 0,8.In

In In

d- Calculer les pertes dans le cuivre pour chaque enroulement. e- Quelle valeur devrait avoir le courant circulant dans l’enroulement

principal, avec une tension d’alimentation de 220Vca. f- Quelle valeur devrait avoir le courant circulant dans l’enroulement

auxiliaire, avec une tension d’alimentation de 220Vca sans introduire le condensateur.

g- Y a t il une différence sensible entre les valeurs de résistance mesurées dans les deux enroulements.

3-2- Essai à vide de la machine asynchrone monophasé

Cet essai consiste à déterminer les valeurs des pertes à vide P0 et du courant à vide I0 en fonction de la tension appliquée à la machine.


Figure 2 : schéma de principe de l’essai à vide de la machine.

b- En faisant varier la tension d’alimentation à partir d’une valeur supérieur

de 20% à la valeur nominale jusqu’à ce que l’on arrive au point ou la vitesse tend à diminuer de façon sensible, remplir le tableau suivant :

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N0 : Vitesse de rotation du moteur

U I0 P0 Cos(ϕϕϕϕ0) N0

c- Tracer sur le même graphique les courbes

P0 = f(U) , I0 = f(U) et Cos(ϕϕϕϕ0) = f(U).

d- Déduire les valeurs de P0, I0 et Cos(ϕϕϕϕ0) correspondant à la tension nominale du moteur.

Pour séparer les pertes fer des pertes mécaniques, on doit tracer la courbe P0 = f(U2) et déduire ces deux types de pertes comme indique la figure 3.

Figure 3 : Séparation des pertes fer et des pertes mécaniques au cours de l’essai à vide.

e- A partir du tableau précédent, tracer la caractéristique P0 = f(U2) et déduire les pertes fer et les pertes mécaniques de cette machine.

f- Interpréter les résultats obtenus.

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3-3- Essai à en charge de la machine asynchrone monophasé avec frein électromagnétique

Cet essai permet la mise en évidence du comportement de la machine dans les conditions de travail effectif et est donc nécessaire une charge mécanique a appliquer à l'arbre du moteur en preuve.

La charge mécanique est composée, dans le cas spécifique, du frein à courant parasite qui permet une régulation graduelle de l'effet freinant, à travers la régulation du courant continu qui coule dans ses électro magnétos. Le schéma du montage de cet essai est donné par la figure 4.

Figure 4 : Schéma de montage de l’essai en charge de la machine.

d- Réaliser le câblage du montage de mesure donnée par la figure 4. e- En faisant varier la tension d’alimentation du frein, remplir le tableau

suivant :

I(A) U(V) P (W) Cos(ϕϕϕϕ) N(tr/min) Tu(N.m) Pu(W) ηηηη (%)

Pa

PuNTuTuPu ==Ω= ηπ

,.30

..

f- Tracer les courbes Tu=f(N), I =f(Pa), Cos(ϕ)=f(Pa) et η =f(Pa). Interpréter les courbes obtenues.

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OBJECTIFS DU TP :

Identifier les caractéristiques techniques d’un variateur de vitesse et voir les différentes structures de commande.

Initier l’étudiant à l’installation et la manipulation d’un variateur de vitesse industriel.

TP 5

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1- RAPPEL THEORIQUE Réglage de vitesse des moteurs asynchrones On a remarqué que la variation de vitesse du moteur asynchrone est obtenue par variation du nombre de pôles dans le moteur de type « DAHLANDER ». Mais généralement, pour varier la vitesse des moteurs asynchrones, il est nécessaire que la fréquence et la tension varient linéairement afin de maintenir un flux magnétique optimum dans le moteur lui permettant de fournir son couple nominal.

La conception d’un convertisseur de fréquence dépend du choix entre les deux systèmes les plus courants pour la génération de la f orme d’onde. Système PWM ( pulse width modulation) : C’est la modulation de Largeur d’impulsion. Système PAM ( pulse amplitude modulation) : C’est la modulation d’amplitude d’impulsion. A) LE ROTOVAR Le rotovar est un variateur de vitesse dont le domaine d’emploi est la commande des mouvements verticaux d’engin de levage ; ( Pont roulant, grues …). Le rotovar est employé avec des moteurs asynchrones triphasés à rotor bobiné ( à bagues). Le rotovar permet la régulation de la vitesse depuis l’arrêt jusqu’à 30% de la vitesse de synchronisme, le passage à grande vitesse s’effectue par l’élimination des résistances rotoriques. L’équipement comporte - Trois diodes et trois thyristors qui insérés dans le point neutre de la résistance rotorique, permettent d’en faire varier la résistance apparente. - Un ensemble électronique qui comprend Une alimentation stabilisée, le dispositif d’affichage, le comparateur, l’amplificateur et le système de commande des gâchettes des thyristors.

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B) LE STATOVAR C’est un système électronique de variation de vitesse, il est employé avec les moteurs asynchrones à bagues. Il peut être utilisé pour commander et contr8ler des engins, ponts roulant, grues ... Le réglage de la vitesse est obtenu en ajustant sur le couple moteur au moyen d’un pont à thyristor. Ceux ci, en fonction de leur angle de conduction, font varier la valeur de la tension d’alimentation appliquée au stator du moteur. La résistance rotorique qui, comme dans les démarreurs rotoriques conventionnels, est partagée en un certain nombre de sections court-circuitées par des contacteurs est sélectionnée automatiquement à une valeur convenable dépendant du glissement. C) L’ALTIVAR Un variateur de vitesse est composée de deux circuits distincts Le circuit de puissance et le circuit de contrôle. Le circuit de puissance comprend 3 étages : - Etage redresseur - Etage filtrage - Etage onduleur Le circuit de contrôle comprend : - Des alimentations stabilisées - Un convertisseur tension / fréquence - Un compteur en anneau - Une boucle de régulation - Une rampe - Une logique de commande de la voie haute ( VH ) et de la voie basse ( VB ) D) AUTRES SYSTEMES DEREGLAGE Le système de changement ou variation de fréquence est toutefois coûteux, car il nécessite un générateur h fréquence différente, voir variable, c’est à dire groupe tournant ou de préférence actuellement un convertisseur statique de fréquence.

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RAPPEL SUR LES MOTORISATIONS Bien que dans des cas très simples, il soit possible d'utiliser une commande de puissance tout ou rien par contacteurs déterminant des paliers de vitesse, cette solution a très vite ses limites. La solution la plus fréquente consiste à utiliser les variateurs électroniques. En variation de vitesse électronique, le moteur électrique est alimenté à partir du réseau par un circuit de puissance qui, sous la dépendance d'un circuit de contrôle, va permettre de doser l'énergie délivrée au moteur, en fonction des besoins instantanés de la partie opérative en couple et en vitesse. Dans ce circuit de puissance, l'énergie change plus ou moins de forme, ce type de circuit est appelé communément convertisseur. LES VARIATEURS COURANT ALTERNATIF Un variateur de vitesse est un dispositif qui permet de faire tourner un moteur électrique à différentes vitesses en faisant varier la fréquence du signal d’alimentation. Le schéma fonctionnel d’un variateur de fréquence est donné par la figure 1.

Figure 1 : Schéma fonctionnel d’un variateur de vitesse

Le variateur de vitesse est composé essentiellement :

d'un redresseur qui, connecté à une alimentation triphasée (le réseau), génère une tension continue à ondulation résiduelle (le signal n'est pas parfaitement continu). Le redresseur peut être de type commandé ou pas,

d'un circuit intermédiaire agissant principalement sur le "lissage" de la tension de sortie du redresseur (améliore la composante continue). Le circuit intermédiaire peut aussi servir de dissipateur d'énergie lorsque le moteur devient générateur,

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d'un onduleur qui engendre le signal de puissance à tension et/ou fréquence variables,

d'une électronique de commande pilotant (transmission et réception des signaux) le redresseur, le circuit intermédiaire et l'onduleur.

Le variateur de vitesse est principalement caractérisé selon la séquence de commutation qui commande la tension d'alimentation du moteur. On a :

les variateurs à source de courant (CSI), les variateurs à modulation d'impulsions en amplitude (PAM), les variateurs à modulation de largeur d'impulsion (PWM/VVC).

Parmi les fonctionnements classiques des variateurs de vitesse, on distingue :

La variation de vitesse proprement dite où la vitesse du moteur est définie par une consigne d'entrée (tension ou courant) sans tenir compte de la valeur réelle de la vitesse du moteur qui peut varier en fonction de la charge, de la tension d'alimentation, ... On est en boucle "ouverte" (pas de feedback).

La régulation de vitesse où la consigne de la vitesse du moteur est corrigée

en fonction d'une mesure réelle de la vitesse à l'arbre du moteur introduite dans un comparateur. La consigne et la valeur réelle de la vitesse sont comparées, la différence éventuelle étant corrigée. On est en boucle "fermée".

Commande en boucle ouverte Commande en boucle fermée

Figure 2 : Schémas de fonctionnement classiques d’un variateur de vitesse

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2- MATERIEL NECESSAIRE Pour réaliser ce TP, on met à votre disposition le matériel nécessaire suivant :

• Un variateur de vitesse de marque santerno – SINUS N

• Un moteur asynchrone triphasé de puissance < 2KW

• 2 multimètres

• Un oscilloscope

3- TRAVAIL DEMANDE 3-1- Etude du variateur Il s’agit d’un variateur de vitesse qui nécessite une alimentation monophasé de 230V. Ce variateur est destiné de piloter un moteur asynchrone triphasé. La plaque signalétique du variateur est donnée par la figure 3.

Figure 3 : Plaque signalétique du variateur de vitesse

a- En se basant sur la plaque signalétique du variateur, déterminer ses

caractéristiques. b- Pour ce variateur indiquer les caractéristiques du moteur asynchrone qu’on

peut utiliser avec ce variateur de vitesse : (tension d’alimentation, couplage, puissance,…).

3-2- Schémas de câblage Le schéma de câblage du circuit de puissance du variateur est donné par la figure 4.

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Figure 4 : Schéma de câblage du circuit de puissance du variateur de vitesse

c- Expliquer le rôle des bornes P et P1. Le schéma de câblage du circuit de commande est donné par la figure 5.

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Figure 5 : Schéma de câblage du circuit de commande du variateur de vitesse

d- En se basant sur la documentation technique du variateur et les schémas

fournies, représenter le schéma de montage permettant de satisfaire les conditions suivantes :

Variateur alimenté par le réseau STEG et mis à la terre. Le variateur alimente un moteur asynchrone triphasé, La commande du sens de rotation se fait par un interrupteur à trois

positions.

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Un voltmètre pour afficher la valeur approximative de la vitesse de rotation.

Un potentiomètre pour faire varier la vitesse de rotation, Un voyant rouge pour signaler un défaut.

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