Démarrage du moteur asynchrone triphasé

Démarrage du moteur asynchrone triphasé

Les éléments principaux du démarrage

Courant de démarrage

La valeur du courant de démarrage dépasse considérablement le courant nominal car le flux sature fortement le circuit magnétique du moteur.
Idém
I=4à7 (3.2)

Couple de démarrage

Le couple de démarrage Tdém est l’une de caractéristiques les plus importantes du moteur asynchrone triphasé. On obtient cette valeur à partir de la formule générale du couple (relation 2.21) pour s = 1.
Tdém = 3R0 σ2U2 ]Ωs = 3R0 σ2U2 (3.3)
[(Rs0 + Rr0 )2 + Xcc2 (Rcc2 + Xcc2)Ωs
r s s r s s
Le couple de démarrage [5] :
– Est proportionnel au carré de la tension Us (fréquence et paramètres données) ;
– Atteint son maximum lorsque le résistance du circuit rotorique est égale à la résistance de dispersion du moteur.

Les contraintes de démarrage

Pendant la phase de démarrage d’une machine, la plage du couple moteur compatible avec un démarrage correct de la charge nécessite un appel de courant important à la mise sous tension. Cet appel de courant entraîne [5] :
– Une chute de tension qui entraîne une perturbation du réseau ;
– Des échauffements, la quantité de l’énergie thermique dégagée dans les circuits rotoriques lors du démarrage d’un moteur asynchrone est égale à l’énergie cinétique du rotor et des masses tournantes réunies à lui ;
– Des fatigues des organes mécaniques du moteur.

Les différents principes de démarrage d’un moteur asynchrone triphasé

Démarrage direct

Le moteur est relié directement au réseau par l’intermédiaire des dispositifs de contact et de sécurité. Ce type de démarrage est réservé aux moteurs de faible puissance devant celle du réseau, ne nécessite pas une mise en vitesse progressive, l’appel de courant est important. La figure suivante représente l’allure de couple et du courant demandé par ce type de démarrage.

Démarrage sous tension réduite

Ce type de démarrage consiste à réduire la tension d’alimentation afin de pouvoir diminuer l’appel du courant par des différents méthodes. Il faut noter que diminuer la tension dans un rapport n1 entraîne une diminution du couple dans un rapport n12 . Les solutions techniques sont les suivantes :
– Démarrage étoile – triangle ;
– Insertion de résistances ou inductances statoriques ;
Figure 3.3 – Démarrage direct
– Démarrage par autotransformateur ;
– Démarrage par gradateur de tension ;
– Utilisation d’un onduleur de tension .

Démarrage par augmentation de résistance rotorique

Ce type de démarrage a pour but de réduire les courants absorbé par le moteur tout en ayant le couple démarrage élevé. Les moteurs adaptés pour ce type de démarrage sont :
– Moteur asynchrone à double cage ;
– Moteur asynchrone à cage profonde ;
– Moteur asynchrone à rotor bobiné à bague.

Durée de la phase du démarrage

La durée de la phase du démarrage est le temps de mise en vitesse (de 0 à nnom). Elle dépend de la valeur du couple développé par le moteur T , du couple extérieur Trés, et du moment d’inertie des parties tournante J.

Modélisations du moteur asynchrone triphasé

Décomposition en composantes symétriques

Un système triphasé déséquilibré peut être considéré comme la superposition de trois sys-tèmes équilibrés [6] :
– Un système direct comporte trois phases égales en module et décalées de 23π entre elles, et possède la même séquence que celle du système réel déséquilibré ;
– Un système inverse comporte trois phases égales en module et décalées entre elles de 23π , la séquence de phase que possède ce système est inverse par rapport au système réel déséquilibré ;
– Un système homo-polaire comporte trois phases géométriquement parallèles, égales en tension.
Cette transformation est connue dans la littérature sous le nom de transformation de FOR-
TESCUE, et on définit la matrice de FORTESCUE [F ] :
1 12 1 1 1 1 a2 a2
[F]= 1 a a2 où [F ]− = 3 1 a a (4.1)
1 a a 1 1 1
On appelle opérateur a = ej 23π la quantité complexe qui multiplié avec une grandeur com-plexe n’en change pas le module mais en augmente l’argument de 23π .
La forme généralisée de la transformation s’exprime comme :
G 1 G p
G2 = [F ] Gn (4.2)
G 3 G h
27
G 1 , G 2, G 3 : Système réel
G p , G n, G h : Composantes symétriques
Les décompositions en composantes symétriques des tensions, courants statoriques et roto-riques se représentent comme suit(sous forme matricielle) :
u ps u 1 i ps i 1 u pr u a i dr i a
1 1 1 1
u ns = [F]− u 2 ; i ns = [F]− i 2 ; u nr = [F]− u b et i ir = [F]− i b
uhs u3 ihs i3 uhr uc ior ic
(4.3)

Modélisation d’un M.A.S alimenté par un système triphasé déséquilibrés

L’alimentation par un système triphasé déséquilibré d’un moteur asynchrone triphasé (M.A.S) provoque des déséquilibres aux niveaux des grandeurs électriques du moteur.
La composante directe crée un champ magnétique tournant à la vitesse de rotation Ωp = ωps où ω est la pulsation des courants et p est le nombre de paires de pôle. Si le rotor tourne avec une vitesse angulaire Ωp, le glissement sp s’écrit comme :
sp = Ωp − Ω (4.4)
Ωp
La composante inverse crée un champ magnétique tournant à la vitesse de rotation Ωn =
−Ωp = Ωn − Ω = −Ωp − Ω = 2 (4.5)
s − s
Ωn
n −Ωp p
La composante homo-polaire est nulle sous l’effet de l’absence du neutre dans les enroule-ments statoriques.
La fonctionnement d’un moteur asynchrone triphasé est défini par la superposition des états directe et inverse. Un moteur asynchrone triphasé est modélisé alors par deux schémas équivalents en « T » correspondant aux fonctionnement directe et inverse (figure 4.1).
A partir de ces schémas équivalents(figure 4.1), on peut tirer facilement les impédances directe et inverse d’un moteur asynchrone triphasé.
Les impédances statoriques
Z sp = Rp + jLσsp (4.6)
Zsn = Rn + jLσsn
Figure 4.1 – Schéma équivalent d’un moteur asynchrone triphasé en marche déséquilibré
Les impédances rotoriques
Z rp = rp0 + jLσrp
s
(4.7)
0
Z rn = rn + jLσrn
2
s

Les impédances dans la branche magnétisante
Z hp = Rfp(Lhpω)2 + jRfp2Lhp
R2 + (Lhpω)2
fp
(4.8)
Rfn(Lhnω) 2 2
Zhn = + jRfpLhn
2 2
Rfn + (Lhnω)
D’où les impédances directe et inverse du moteur asynchrone triphasé en marche déséquili-bré.
Z = Z Z rp × Z hp
mp sp
+ Zrp + Zhp
(4.9)
Z mn = Z sn Z + Z
+ Zrn × Zhn
rn hn
Quelque soit le fonctionnement d’une machine asynchrone triphasée, l’entrefer consomme toujours de l’énergie réactive. De plus la présence de deuxième champ tournant (dû a la composante inverse) entraîne des pertes non négligeables au niveau de la machine. Le moteur asynchrone triphasé peut être schématisé de deux façons distinctes (figure 4.2).

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