Principe De Fonctionnement Des Moteurs Et Génératrices Électriques (PARTIE 2)
2) le rotor est un électroaimant alimenté en courant
continu(L'ALTERNATEUR DE VOITURE)
L'électroaimant du rotor avec un collecteur à bague d'un alternateur est alimenté en courant continue pour induire au stator du courant alternatif qui dans la plus part des cas est triphasé.
L’alternateur de voiture fonctionne comme la "dynamo" alternateur de vélo avec aimant au rotor.
Courant alternatif non redressé des trois phases d'un alternateur
Le courant alternatif de l’alternateur de
voiture redressé par les ponts de diodes
a) Schémas électrique d'alternateur automobile
 |
| a1) Alternateur à une fiche D+ |
 |
| a2) Alternateur à 2 fiches, D+ et L |
b) Différences entre
l'alternateur de voiture et celui de vélo :
- Le rotor est un électroaimant (roue polaire) d'une seule bobine
alimenté en courant électrique continu. D’où la nécessité de balais (charbons)
et d'un collecteur à bagues pour alimenter en électricité l'électroaimant du
rotor.
- Trois enroulements Branchés en triangle au stator.
- Le courant alternatif produit par l’alternateur de voiture et redressé en
courant continu par des ponts de diodes et un régulateur permet de gérer la
production électrique suivant la demande à l'aide d'une diode Zener et de transistors.
Le mauvais point de l’alternateur de voiture sont les
charbons (balais) pour alimenter l’enroulement du rotor en courant continu qui
imposent du frottement et donc l'usure du collecteur à bagues et des charbons.
3) synchronisme:
Un aimant tourne autour d'une boussole (aiguille aimantée). L'aiguille
aimantée tourne en même temps que l'aimant, ils sont synchrones.
4) champ magnétique tournant:
L'aimant tournant pour réaliser le synchronisme est remplacé par des électroaimants (bobines) fixes branchées
en étoile ou en triangle et alimentées en courant alternatif triphasé.
Le courant alternatif triphasé dans le stator (les bobines) créent un champ
magnétique tournant. Le champ magnétique tournant de trois bobines alimentées
en courants alternatifs triphasé fait tourner la boussole (aiguille aimantée).
Le déphasage de 120° entre les trois tensions (phases) qui alimentent
les trois bobinages également disposés à 120°, est à l'origine du champ
tournant.
La vitesse de rotation du champ tournant dépend de la fréquence du courant alternatif (la fréquence constante du réseau électrique est de 50 Hertz) et du nombre de pôles, moins il y a de pôle plus il va vite.
la vitesse de rotation d'un moteur, c'est la fréquence
diviser par le nombre de pôles. V(tr/s)= F / P
5) "DYNAMO" DE VÉLO DONT LE ROTOR EST UN
AIMANT PERMANENT (c.a.d un alternateur) DEVIENT MOTEUR
Il s'appelle alors moteurs synchrones à aimants ou
moteur brushless (sans balais)
Le moteur synchrone (brushless) n'est pas utilisé
depuis longtemps, car il y avait deux gros problèmes à sont application.
- Le moteur synchrone ne fonctionne pas avec du courant continu, il lui
faut du courant alternatif triphasé au stator pour créé le champs magnétique
tournant.
- la taille du rotor dans le stator limite la grandeur de l'aimant et donc
sa puissance.
Actuellement, ces deux problèmes sont résolus.
- Le courant continu est transformé en alternatif triphasé pour créé le
champs magnétique tournant du stator par une sorte d'onduleur qui est appelé
spécifiquement contrôleur. Il permet aussi de gérer la vitesse et la puissance.
Le contrôleur peut être accompagné de capteurs hall sur le moteur qui indiquent
la position exacte du rotor. Il est alors dit moteurs brushless
"sensor". Lorsqu'il n'y a pas de capteur hall il est appelé Moteurs
brushless sensorless. Les avantages d'avoir des capteurs hall sont de permettre
au contrôleur de gérer efficassement les phases de démarrage et de bas régime
du moteur.
- la taille du rotor est largement agrandi en le plaçant à l'extérieur, ce
qui permet de mettre un grand nombre d'aimant. C'est le moteur à rotor externe
Aujourd'hui, le moteur synchrone alimenté à partir de courant continu
(brushless) est en passe d’être très utilisé, puisque c'est lui que l'on
retrouve dans le vélo électrique, le scooter électrique, la voiture hybride et
électrique, soit tous les véhicules électriques en général.
 |
| moteur brushless pour modélisme |
 |
| moteur brushless de vélo électrique |
6) L’ALTERNATEUR AUTOMOBILE DEVIENT MOTEUR SYNCHRONE
a) BRANCHEMENT D'UN ALTERNATEUR DE VOITURE POUR EN FAIRE UN MOTEUR
SYNCHRONE TRIPHASÉ
(Principe de fonctionnement du moteur synchrone)
L'alternateur de voiture possède trois enroulements différents au stator.C'est un moteur synchrone triphasé, il faut le branché en retirant les ponts de diodes. Le rotor est alimenté en courant continu en retirant le régulateur.
MONTAGE ETOILE DU STATOR
MONTAGE TRIANGLE DU STATOR
Un alternateur de voiture 12V est un moteur synchrone triphasé. Pour un
branchement étoile du stator il doit être alimenté par 3 phases différentes de
24V alternatif. Pour un branchement triangle du stator il doit être alimenté
par 3 phases différentes de 12V alternatif.
Le rotor est alimenté en courant continu 12V.
La vitesse de rotation d'un moteur synchrone dépend de la fréquence (Hertz)
du champ tournant et du nombre de pôles, moins il y a de pôle plus il va vite.
La vitesse de rotation d'un moteur synchrone, c'est la
fréquence diviser par le nombre de pôles. V(tr/s)= F / P
b) Démarrage moteur synchrone
 |
| Les balais et les bagues du collecteur au rotor sont bien visible |
Un moteur synchrone soumit à un champ tournant constant (fréquence
constante du réseau 50 Hertz) ne peut pas démarré seul, car le rotor ne peut
pas atteindre seul la vitesse de rotation du champ tournant pour se
synchroniser avec lui.
Pour démarrer un moteur synchrone et permettre au rotor d'atteindre la
vitesse de rotation du champ tournant, il peut être utilisé :
- un variateur de fréquence pour augmenter progressivement la fréquence du
champ tournant.
- Un moteur (asynchrone) auxiliaire qui va servir de démarreur pour
que le rotor accède à la vitesse du champ tournant (fréquence constante du
réseau 50 Hertz).
La machine synchrone à courant alternatif triphasé est plus facile à
réaliser et plus robuste que le moteur à courant continu.
Son rendement est proche de 99%.
On peut régler son facteur de puissance cos φ en modifiant le courant
d’excitation.
Un moteur auxiliaire de démarrage est souvent nécessaire.
Il faut une excitation en courant continu pour le rotor.
Si le couple résistant dépasse une certaine limite, le moteur décroche et
s’arrête.
7) Le moteur synchrone devient asynchrone
a) Principe de fonctionement du moteur asynchrone
Dans le moteur asynchrone les enroulements (les électroaimants) du rotor
sont remplacés par une cage d’écureuil constituée de bobinages de cuivre en
court-circuit.
 |
| Moteur asynchrone triphasé |
Ou le plus généralement par une cage d’écureuil en aluminium remplie de fer blanc.
Dans la cage d’écureuil du rotor du moteur asynchrone, l'aluminium ou le
cuivre ne s'aimantent pas, ils sont amagnétique et le fer blanc reste aimanté
seulement le temps ou il est soumit à un champs magnétique.
Expérience: Un aimant tourne au-dessus d'un disque en
matière conductrice magnétique
L'aimant tournant au-dessus du disque en matière conductrice amagnétique
(cuivre, aluminium...), fait tourner le disque avec un léger retard.
La variation au cours du temps d'un champ magnétique (l'aimant) induit dans
une masse conductrice (le disque en cuivre, aluminium...) des courants
électriques (courants de Foucault).
loi de Lenz: Le courant induit
s'oppose par ses effets à la cause qui lui donne naissance.
Soit, le disque en matière conductrice magnétique (cuivre, aluminium...)
est entraîné en rotation avec un léger retard par ses transformations
en "électroaimants" (créés par
les courants induits (courants de
FOUCAULT)sous l'effet de la rotation de
l'aimant et de son champs magnétique) et son temps de réaction
d'opposition au champs magnétique de l'aimant en révolution.
Dans un moteur asynchrone, les courants
d'inductions (courants de FOUCAULT) par Le champ magnétique tournant du stator
dans le rotor, qui s'opposent à la cause qui leur donne naissance d'après
la loi de LENZ, se produisent en décalage. Le retard entre la transformation du
rotor en "électroaimant" et son opposition au champs tournant du
stator est appelé glissement. Le glissement varie suivant le moteur
asynchrone (fréquence, nombres de poles, nombre de phase, matériaux du
rotor...).
b) Démarrage du moteur asynchrone monophasé
Zone d'ombre avant la fin
Le moteur asynchrone monophasé à entrefer illustre l'inversion du champs
magnétique de la bobine lorsqu’elle est parcouru par un courant alternatif et
ainsi de comprendre l'inversion de pôles égale dans les deux sens dans le rotor
et le stator, ne permettant pas le démarrage du rotor, comme le confirme
le théorème de LEBLANC
théorème de LEBLANC: Une bobine alimentée par un courant monophasé
alternatif forme un champ magnétique pulsant le long de son axe, créant deux
champs magnétiques, de même module, tournants en sens inverses.
Un courant alternatif monophasé dans une bobine créé un champs pulsant. Le
champ pulsant est composé de deux champs tournants de même amplitude, de même
vitesse mais de sens contraire.
Démarrage du moteur asynchrones monophasé:
Au démarrage du moteur asynchrone monophasé, le couple créé par
chacun des champs tournants du champs pulsant est de même valeur. Ainsi, le
rotor ne peut pas tourner.
Pour démarrer le moteur, il faut donc le lancer ou avoir recours à un
dispositif 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 solutions techniques les plus utilisées pour démarrer un moteur
asynchrone monophasé sont:
- sur les petits moteur asynchrones monophasé il existe la bague
de démarrage (spire de Frager).
- Le condensateur permanent.
- Le condensateur pour bobine de démarrage qui peut être commandé par un
coupleur centrifuge ou par un relais électromagnétique.
b1) Moteur asynchrone monophasé à spire de FRAGER
les petits moteurs asynchrones monophasé de faible puissance, constitués d'un seul enroulement, utilisent pour démarrer des spires de FRAGER disposées dans l'entrefer et décalées dans le même sens par rapport à chaques champs tournants.
Au démarrage, la dissymétrie créée entre les deux champs magnétiques tournants par les spires de FRAGER, privilégie un sens de rotation.
b2) Moteur asynchrone diphasé monophasé à
condensateur permanent
 |
| Moteur de machine à laver à 2 vitesses. Le condensateur permanent est sur la petite vitesse (lavage). |
Le condensateur permanent est branché en série sur l'un des deux
enroulements pour le déphasé de π/2.C'est un moteur diphasé.
Pour inverser le sens de
rotation du moteur, il suffit de mettre le condensateur en série sur l'autre
bobine.
b21) Démarrage du moteur triphasé utilisé en
monophasé:
(Voir) d) Moteur asynchrone triphasé
dd) Transformer un
moteur triphasé en monophasé , calcul du condensateur.
Plusieurs solutions :
- Remplacer le moteur tri pas un mono : assez cher et plus encore si le moteur est spécifique.
- Acheter un convertisseur : solution convenable mais assez onéreuse (et sûrement trop quand il s'agit d'un bricolage avec un moteur de récupération).
- La plus simple : mettre un condensateur de déphasage.
C'est cette 3ème solution qui va être développée sur le présent article.
La mise en œuvre est très facile car elle exige très peu de modifications et le prix d'un condensateur entre dans un prix de revient plus que raisonnable. Toutefois attention, certains inconvénients doivent être pris en compte :
La mise en œuvre est très facile car elle exige très peu de modifications et le prix d'un condensateur entre dans un prix de revient plus que raisonnable. Toutefois attention, certains inconvénients doivent être pris en compte :
- Puissance du moteur réduite de 30%
- Couple de démarrage réduit de 50 à 100% suivant marque, modèle, puissance et vitesse.
- Au dessus de 1Kw montage très aléatoire, au-dessus de 1,5Kw peu conseillé, au-dessus de1,8Kw déconseillé.
Toutes ces raisons sont d'ordre très techniques, ce n'est pas mon but d'en faire le détail ici, mais disons qu'en résumé : un moteur tri à des différences mécaniques fondamentales par rapport à son homologue mono de même puissance et de même vitesse.
Pour la puissance du moteur, on peut souvent s'en accommoder car il est rare qu'on l'utilise en puissance maxi, ou que le fabricant n'ai pas prévu une marge supérieure, dans le cas contraire il est totalement exclu de faire ce montage.
Pour le couple de démarrage, là c'est au petit bonheur car avec ce branchement on ne sait jamais d'avance la réaction du moteur car suivant la qualité de fabrication du moteur ce couple peut-être de moitié à rien du tout et cela aucune formule de calcul ne le signale.
Hormis ces petits inconvénients, en général : ventilateurs, petites pompes, petits et moyens moto-réducteurs marchent très bien, pour le reste, il faut essayer, on peut avoir un petit moteur de 0,25cv qui ne démarre pas et un 1,5cv qui marche très bien.
LE CALCUL DU CONDENSATEUR
Un peu partout il est fait référence à la formule de Steimetz, malheureusement en pratique les fabricants l'utilisent très peu car elle ne tient pas compte en totalité et d'un élément essentiel d'un moteur, à savoir l'intensité par mm2 des conducteurs cuivre utilisés dans les enroulements. De plus mettre un condensateur de valeur supérieure à un certain plafond ne donne pas plus de puissance au moteur mais sinon de le faire "grogner" et chauffer (et surtout à vide). Il faut en plus savoir que l'intensité n'est pas du tout la même entre les moteurs de marques différentes, de type et de vitesse. (et là je pourrais développer beaucoup plus avec des exemples mais ce n'est pas le but de l'article).
La formule employée dans la pratique est celle-ci : µf=I/(6,28*F*V*10(-6))
ou *F en Microfarad, I = l'intensité du moteur couplé en triangle, F= fréquence(50), V= voltage du réseau (230)
b3) Moteur asynchrone monophasé à condensateur de démarrage
Pour la puissance du moteur, on peut souvent s'en accommoder car il est rare qu'on l'utilise en puissance maxi, ou que le fabricant n'ai pas prévu une marge supérieure, dans le cas contraire il est totalement exclu de faire ce montage.
Pour le couple de démarrage, là c'est au petit bonheur car avec ce branchement on ne sait jamais d'avance la réaction du moteur car suivant la qualité de fabrication du moteur ce couple peut-être de moitié à rien du tout et cela aucune formule de calcul ne le signale.
Hormis ces petits inconvénients, en général : ventilateurs, petites pompes, petits et moyens moto-réducteurs marchent très bien, pour le reste, il faut essayer, on peut avoir un petit moteur de 0,25cv qui ne démarre pas et un 1,5cv qui marche très bien.
LE CALCUL DU CONDENSATEUR
Un peu partout il est fait référence à la formule de Steimetz, malheureusement en pratique les fabricants l'utilisent très peu car elle ne tient pas compte en totalité et d'un élément essentiel d'un moteur, à savoir l'intensité par mm2 des conducteurs cuivre utilisés dans les enroulements. De plus mettre un condensateur de valeur supérieure à un certain plafond ne donne pas plus de puissance au moteur mais sinon de le faire "grogner" et chauffer (et surtout à vide). Il faut en plus savoir que l'intensité n'est pas du tout la même entre les moteurs de marques différentes, de type et de vitesse. (et là je pourrais développer beaucoup plus avec des exemples mais ce n'est pas le but de l'article).
La formule employée dans la pratique est celle-ci : µf=I/(6,28*F*V*10(-6))
ou *F en Microfarad, I = l'intensité du moteur couplé en triangle, F= fréquence(50), V= voltage du réseau (230)
b3) Moteur asynchrone monophasé à condensateur de démarrage
Ils peunvent étre à coupleur centrifuge ou avec relais électromagnétique.
b31) Avec coupleur (Contact,
relais) centrifuge
Moteur asynchrone de machine à laver à coupleur centrifuge
Au démarrage, le coupleur centrifuge a son contact fermé pour alimenter le
condensateur et la bobine de démarrage. Lorsque le moteur atteint sa vitesse de
fonctionnement, la force centrifuge du rotor fait s'écarter des masselottes qui
ouvrent le contact du coupleur centrifuge pour désactiver le condensateur et la
bobine de démarrage.
b32) Avec relais électromagnétique
L'intensité plus importante au démarrage dans la bobine de fonctionnement
(principale) permet de fermer le contact du relais électromagnétique pour
alimenter le condensateur et la bobine de démarrage. Lorsque le moteur atteint
sa vitesse de fonctionnement l'intensité dans la bobine de fonctionnement n'est
plus suffisante pour maintenir le relais électromagnétique fermé.
Le relais électromagnétique peut être
utilisé pour remplacer un système de démarrage à coupleur centrifuge.
c) Branchement du moteur de machine à laver asynchrone
monophasé 230V
Le moteur de machine à laver asynchrone monophasé 230V
a généralement 2 vitesses:
Une vitesse de lavage : petite vitesse (PV) à 2 sens de rotation
Une vitesse d'essorage : grande vitesse (GV) à 1 sens de rotation
Moteur de machine à laver avec coupleur centrifuge:
Au démarrage, le coupleur centrifuge a son contact fermé pour alimenter le
condensateur et la bobine de démarrage de l'essorage. Lorsque le moteur atteint
sa vitesse de fonctionnement, la force centrifuge du rotor fait s'écarter des
masselottes qui ouvrent le contact du coupleur centrifuge pour désactiver le
condensateur et la bobine de démarrage.
Le condo PV est
permanent.
Moteur de machine à laver avec relais
électromagnétique:
L'intensité au démarrage dans la bobine d’essorage permet de fermer le
contact du relais électromagnétique pour alimenter le condensateur et la bobine
de démarrage. Lorsque le moteur atteint sa vitesse de fonctionnement
l'intensité dans la bobine d'essorage n'est plus suffisante pour maintenir le
relais électromagnétique fermé.
Le condo PV est
permanent
d) Moteur asynchrone triphasé
d1) Le champ tournant du moteur
asynchrone triphasé
En triphasé, c'est le déphasage de 120° entre les trois tensions
(phases) (fréquence constante du réseau électrique Français 50 Hertz) qui
alimentent les trois bobinages également disposés à 120° qui est à
l'origine du champ tournant.
Le moteur asynchrone triphasé démarre seul, mais demande un
courant de démarrage important à la mise sous tension.
d2) Branchement étoile Υ ou triangle ∆ du moteur asynchrone triphasé:
Le
branchement étoile Υ ou triangle ∆ du Moteur
asynchrone triphasé à pour but de mettre en série ou en paralléle les
bobines d'un moteur pour choisir la tension d'utilisation.
d3) Branchement du moteur
asynchrone triphasé étoile Y ou triangle ∆ d'aprés sa
plaque signalétique:
Depuis 1992, pour réduire les pertes en ligne lors du transport
d’électricité, EDF a augmenté la tension électrique qu'il délivre.
Le monophasé 220V= 230V
Le triphasé 380V= 400V
Ceci pour comprendre qu'un moteur 380 ou 400V triphasé sont les mêmes.
Le premier chiffre de la plaque signalétique d'un moteur
asynchrone triphasé indique la plus petite tension triphasé supportée par
les bobinages lorsqu'ils sont branchés en triangle et le deuxième, la plus
grande pour un branchement étoile.
Moteur asynchrone triphasé à plaque
signalétique 230/400V sur une réseau triphasé 400V, les bobines sont mises
en série (étoile) pour "doubler" la tension triphasé supportée
(230x√3≃400V),
les deux bobines en série supportent une tension de 400V triphasé.
Moteur asynchrone triphasé à plaque signalétique 400/660V sur un réseau triphasé 400V, les bobines sont mises en parralléle (triangle), car chaque bobine supporte une tension de 400V triphasé.
d4) Branchement marche avant, arrière ou arrêt (effet
mémoire) du moteur asynchrone triphasé:
(Circuit de puissance et de commande)
Pour inverser le sens de rotation d'un
moteur asynchrone triphasé, il suffit d'inverser le branchement de deux
phase.
dd) Transformer un moteur triphase en monophase
Calcul du condensateur :
C =I/(6,28.U.F.0,000001)
C = Condensateur en Microfarad µf
I = Intensité en A du moteur en
230 V tri
U = tension du secteur 230 V
F = fréquence du secteur 50 Hz
Ou
Multiplier la valeur de l'intensité en
Ampère en 230v tri du moteur par 14 pour obtenir la valeur en Microfarad du
condensateur.
Pour obtenir la valeur, prendre un ou plusieurs
condensateurs permanentsstandard pour moteurs
avec une tension mini de 450 V.
Lorsqu'il faut plusieurs condensateurs standard 450 V, ils seront alors
montés en parallèle.
Exemple de calcul :
Caractéristiques moteur : avec U = 230 V, I=13,3 A, 0,75 kw, cos = 0,83, n
=2800tm , f=50 H z
C = I/(6,28.U.F.0,000001) = 13,3÷(6,28×230×50×0,000001) = 184,1595126 µF
Ou
par 14
C = Ix14 = 13,3×14 = 186,2 µF
Pour une valeur du
condensateur 185 µF, un condensateur standard 450V de 100 µF et un de 90
µF placés tous deux en parallèle suffisent.
e) moteur asynchrone en génératrice asynchrone ou
la génératrice hypersynchrone
e1) le rotor de la génératrice asynchrone
Comme vue dans " a) Principe de fonctionnement du moteur asynchrone
", le rotor du moteur asynchrone est une cage d’écureuil, soit
constituée de bobinages de cuivre en court-circuit, ou plus généralement une
cage d'aluminium remplie de fer blanc.
Dans la cage d’écureuil du rotor du moteur asynchrone, l'aluminium ou le
cuivre ne s'aimantent pas, ils sont amagnétique et le fer blanc reste aimanté
seulement le temps ou il est soumit à un champs magnétique.
C'est l'induction (courants de FOUCAULT) du champ tournant du stator dans
le rotor qui transforme le rotor en "électroaimant".
e2) Amorçage de la génératrice asynchrone
Pour qu'une génératrice asynchrone produise de l'électricité, il faut
que le rotor ait un champs magnétique et pour se faire, il est mis en
"charge" par l'intermédiaire du stator. Cela s'appelle
l'amorçage, il permet de créer la puissance réactive .
L'amorçage peut se faire directement par le réseau électrique ou hors
réseau avec des condensateurs et être fait manuellement ou automatiquement.
e21) Auto amorçage de la génératrice asynchrone par condensateurs pour une
fréquence défini:
Les condensateurs doivent fournir une puissance réactive un peu supérieur à
celle des bobines en pleine charge en fonction moteur.
(La puissance réactive représente la puissance engendrée par
les éléments réactifs du circuit, qui sont des condensateurs (réactance
capacitive) ou des bobines (réactance inductive). La puissance réactive ne
consomme pas d'énergie, mais n'effectue aucun travail. Elle se mesure en
voltampères réactifs (VARS).)
 |
| Génératrice asynchrone triphasé autonome à condensateurs en étoile |
Calcul des condensateurs pour l'auto amorçage de la
génératrice asynchrone :
- Condensateur pour un montage triangle (un seul enroulement):
C =
I phase
2π. f .V phase
- Montage étoile (deux enroulements), Il faut multiplier par 2 le condo
pour un montage étoile, mais le rendement est meilleur:
C =
I phase
π. f .V phase
C= condensateur par phase en F (Farad), à réduire en uF.
π= Pi 3,14
f = fréquence en Hz (ex : 50 ou 60 Hertz)
V phase = V / √3 = en V (Volt)
I phase = Q phase / V phase = en A (Ampère)
Puissance réactive Q, puissance active P, puissance
apparente S :
Puissance réactive en triphasé:
Q = √(S² - P²) = √3.U.I.sin φ = P tan φ =en VAR (volt-ampère-réactif)
Q² =S² - P²
Q phase = Q / 3 = en VAR (volt-ampère-réactif)
Puissance apparente en triphasé :
S= √3.U.I = √(P²+Q²) = en VA (volt-ampère)
S² = P² + Q²
Puissance active en triphasé :
P = √3.U.I.cos φ = en W (Watts)
Exemple de calcul :
Caractéristiques moteur : avec U = 400 V, I=1,9 A 0,75 kw, cos = 0,83, n
=2800tm , f=50 H z
- Puissance apparente en triphasé : S= √3.U.I = √3 x 400 x
1,9 =1316 VA
- Puissance active en triphasé :P = √3.U.I.cos φ = √3 x 400 x 1,9 x
0,83 = 1092 W
- Puissance réactive en triphasé: Q = √(S² –
P²) = √(1316² - 1092²) = 734,4 VAR
- Q phase = Q / 3
= 734,4 / 3 = 244,8 VAR
- V phase = V
/ √3 = 400/ √3 =231 V
- I phase = Q
phase / V phase = 244,8 / 231 = 1,06 A
- Montage
triangle :
C = I phase / (2π. f .V phase) = 1,06 / ( 2π x 50 x 231) = 0,000014611 F = 15 uF
- Montage
étoile :
C = I phase / (π. f .V phase) = 1,06 / ( π x 50 x 231) = 0,000029222 F = 30 uF
Les condensateurs en montage étoile seront deux fois plus importants, mais
le rendement de la génératrice est généralement meilleur
e22) Auto
amorçage de la génératrice asynchrone par aimant :
Le champs magnétique pour amorcer la génératrice asynchrone et créé la
réactance du rotor peut être réalisée par l'installation d'aimant sur le rotor.
Principaux problème de l'installation d'aimant sur le
rotor d'une génératrice asynchrone :
- Trouver les bons aimants et le prix des aimants.
- Le Nombre d'aimants.
- La mise en place de aimants et comment les faire tenir en place.
- L'équilibrage du rotor avec les aimants qui doit obligatoirement être
parfait.
e23) Génératrice asynchrone triphasé raccordée à un réseau électrique
triphasé
La génératrice asynchrone est branchée au réseau public et est en fonction
moteur. Elle tourne à sa vitesse de fonctionnement normal.
Lorsque la source d’entraînement de la génératrice asynchrone ( exemple
moteur thermique, éolienne…) va la faire tourner à la vitesse de synchronisme
plus la vitesse de glissement (l'hypersynchronisme). Alors la
génératrice asynchrone va produire de l'électricité qui sera injectée dans le
réseau.
A cette étape la génératrice asynchrone peut alors aussi être déconnecté du
réseau public et alimenté un réseau électrique indépendant.
e3) Production
électrique d'une génératrice asynchrone à une fréquence de 50 Hz
La génératrice asynchrone doit produire de l'électricité lorsque le
rotor est amorçé pour créer une puissance réactive et que le
rotor a une vitesse de rotation corespondant à la vitesse de synchronisme plus la vitesse de
glissement.
Pour une fréquence de 50 Hz,
La vitesse de synchronisation d'un
moteur asynchrone, c'est la fréquence diviser par le nombre de paire de
pôles: V(tr/s)= F/Pp (Une paire de
pôles = 1 pôle sud et un pôle nord)
- La vitesse de glissement d'un moteur
asynchrone, c'est la vitesse de synchronisation moins la vitesse de
fonctionnement normal du moteur asynchrone.
Calcule de l'hypersynchronisme: vitesse de
rotation de la génératrice asynchrone
Plaque signalétique d'un moteur asynchrone triphasé
la vitesse de fonctionnement de ce moteur asynchrone triphasé à une paire
de pôles avec la fréquence du réseau de 50Hz est 2800 tr/min, sa vitesse
de synchronisme est 3000tr/min.
Calcule de la vitesse de rotation (hypersynchronisme) nécessaire
de ce moteur en fonction génératrice pour une fréquence de 50Hz:
vitesse de synchronisme plus la vitesse de glissement
3000+(3000-2800)=3200
Ce moteur doit tourner à 3200 tr/min en fonction génératrice pour produire
de l'électricité à une fréquence de 50Hz.
Problème de la Génératrice asynchrone relié au réseau
50Hz
Pour relier une génératrice asynchrone au réseau, la fréquence de la
génératrice doit impérativement resté constante à 50Hz, ce qui restreint
fortement la plage de vitesse possible du rotor. A 50Hz, la génératrice
asynchrone doit fonctionner à partir d'une vitesse seuil et ne pas produit au
de-là d'une vitesse limite.
Pour augmenter la plage des vitesses d'utilisation
d'une génératrice asynchrone relié au réseau 50Hz, il peut être utilisé :
-Des machines asynchrones avec un double bobinage, ayant un nombre de
paires de pôles différents pour chaque bobinage, à l'image des moteurs
asynchrones à deux vitesses de machine à laver.
- Plusieurs génératrices asynchrones, avec un nombre de paires de pôles
différents pour chaque génératrices.
- utilisation d'une boite de vitesse.
- Un onduleur adapté.
e4) Génératrice
asynchrone autonome (non reliée au réseau)
La génératrice asynchrone autonome, une fois amorcée, peut produire de
l'électricité à n'importe qu'elle vitesse de rotation jusqu'à celle de
saturation imposée par les matériaux qui composent la génératrice. Mais la
fréquence, l'intensité et la tension vont varier en fonction de la vitesse de
rotation, puisque la vitesse de synchronisme et la vitesse de glissement
dépendent de la fréquence du courant et du nombre de pôle
