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EDT 3.4.2: les moteurs asynchrones et à courant continu

Les  moteurs à courant alternatif

Le moteur asynchrone (et notamment le moteur triphasé asynchrone) est très utilisé aujourd'hui dans le monde industriel pour des raisons liés à sa facilité de mise en œuvre, son coût et sa simplicité de construction. Il est très fiable et demande peu d'entretien.

Il est constitué d'une partie fixe, le stator qui comporte le bobinage, et d'une partie rotative, le rotor qui est bobiné en cage d'écureuil. Les circuits magnétiques du rotor et du stator sont constitués d'un empilage de fines tôles       

 

I. Notion de magnétisme

Le principe des moteurs à courants alternatifs réside dans l’utilisation d’un champ magnétique crée par des bobines; Pour augmenter la valeur de ce champs, on bobine du cuivre autour d'un noyau en fer; Vous allez découvrir à travers différentes animations, la création de ce champs magnétique jusqu'à son importance dans un moteur alternatif. 

 

Le site internet contenant les animations : champ_tournant

 

I.1 Cliquer sur « 1. Le courant électrique crée un champ magnétique »  et « 2. Le champ magnétique est proportionnel au courant électrique ». Décrivez ce qui se passe.

Un moteur est constitué de 3 bobines; chacune étant alimentées

I.2 Cliquer sur « 4. Le champ magnétique est une grandeur vectorielle » ; expliquer ce qui se passe en présence de 2 champs magnétiques 

L'alimentation des bobines est alternative sinusoïdale (par exemple: 220v; 50 Hz)

I.3 Cliquer sur « 3. Champ magnétique sinusoïdal » ; expliquer ce qui se passe en présence d'une tension alternative

 

 

II. Etude du champ tournant

Un moteur triphasé asynchrone est composé de trois bobines placées géométriquement à 120° et alimentées en triphasé

 

Les équations des tensions composées qui l’alimentent sont: 


Ces trois tensions créent à leur tour un système de 3 courants triphasés

            

Remarques préliminaires :

Le moteur triphasé asynchrone est alimenté par un réseau triphasé (U=400V, f=50Hz). Les 3 courants circulant dans les bobines sont donnés ci dessous. On sait que les champs magnétiques sont proportionnels aux courants. Ainsi on peut remarquer que les courants et les champs magnétiques ont des oscillogrammes identiques (seule l’échelle de l’amplitude est différent).

II.1  Pour le temps t1 (oscillogramme du « document réponse »), relever la valeur de chaque champ magnétique (valeur max et valeur efficace) créé par les 3 bobines.

II.2 Tracer, sur le  « document réponse », au crayon à papier leur représentation vectorielle au point O (Pour le sens de B: exemple, pour la bobine 3, quand le champ magnétique B3 est positif, le vecteur B3 va de la gauche vers la droite.).

II.3 En déduire (traçage en rouge), le champ magnétique résultant. (à faire sur document réponse)

II.4 Même question pour les temps t2 et t3 (document réponse).

II.5 Que semble faire « naturellement » le champ magnétique créé par les trois bobines ?

Simulation informatique : le site «  champ_tournant ».

II.6 Cliquer sur «5. Création d'un champ magnétique tournant». Observer ce qui se passe. Cela correspond-il à ce que vous aviez calculé dans les questions précédentes.

 

 

III. Etude du champ tournant des moteurs

III.1 Lancer l’animation suivante "6. Principe du moteur synchrone" . Que se passe-t-il alors si l’on place un aimant au centre des 3 bobines ?

III.2  Lancer l’animation suivante "7. Principe du moteur asynchrone". Que se passe-t-il alors si l’on remplace l’aimant par un disque ? Que représente la notion de « glissement » ?

Le rotor  d'un moteur asynchrone est constitué également de bobines. De part les animations précédentes, on constate que le stator agit comme si on avait un aimant qui tourne autour du rotor

III.3 Lancer l’animation suivante Induction.exe. Expliquer simplement le phénomène physique qui permet au rotor de tourner.

 

Les  moteurs à courant continu

La tension d'alimentation étant continue, il est impossible d'avoir une variation du champs magnétique permettant de faire tourner le rotor.

L'inducteur (ou stator) crée un champ magnétique fixe. Ce stator peut être à "aimant permanent" ou constitué d'électro -aimants.

L'induit (ou rotor) porte des conducteurs parcourus par le courant continu (alimentation externe); ces spires, soumises à des forces (forces dites de "Laplace") entraine la rotation du rotor

Représentation en Coupe d'un moteur à courant continu

  

IV.1 Regarder l'animation suivante "Electricmotor.gif":   

IV.2 A partir de l'animation "modele_induit.exe", détailler et expliquer ce que l'on appelle une F.E.M

IV.3 Cette vidéo "MCC.mp4" résume le fonctionnement, la constitution du moteur et surtout indique les avantages et inconvénients de ces moteurs; Noter ces différentes explications