Annales gratuites Bac STI Génie Electrotec. : REGLAGE DE LA VITESSE DU MOTEUR ASYNCHRONE

Partie C : Réglage de la vitesse du moteur asynchrone
Le moteur asynchrone comporte 6 pôles. Il est alimenté par un onduleur triphasé et fonctionne à  constant.

On admettra, dans ces conditions, que le moment du couple utile fourni par le moteur peut se mettre sous la forme : T_u = k (n_s — n) où k est une constante, n et n_s étant exprimées en tr.min^—1.

1. On donne sur le document réponse 2 la caractéristique T_u(n) pour f = f₀ = 50 Hz et U = U₀ = 400 V. Calculer la valeur de k en précisant son unité.

2. Pour un utilisateur donné, le moment T_r du couple résistant imposé au moteur est constant et égal à 19 N.m.

2.1. Tracer la caractéristique T_r(n) sur le document réponse 2.

2.2. Quelle relation existe-t-il entre T_r et T_u lorsque le moteur fonctionne en régime permanent.

2.3 La charge imposant au moteur un moment de couple résistant constant, montrer que (n_s — n) reste constant quand n_s et n varient. Vérifier que la différence (n_s — n) est égale à 40 tr.min^—1.

2.4. Evolution du point de fonctionnement.
2.4.1. Calculer n_s1 pour une fréquence de rotation du rotor n₁ = 580 tr.min^—1.
2.4.2. En déduire la fréquence f₁ et la tension U₁ délivrées par l'onduleur.
2.4.3. Tracer la caractéristique utile T_u1(n) correspondant à ce point de fonctionnement sur le document réponse 2. Comparer son allure à celle de T_u(n) à 50 Hz.

2.5. Tracer la caractéristique utile T_u2(n) pour une fréquence de l'onduleur f₂ = 20 Hz. En déduire la fréquence de rotation n₂ du moteur.

3. L'évolution de la vitesse v du tapis en fonction de la fréquence f fournie par l'onduleur est donnée sur le document ci-après :

3.1. Observer l'allure de la courbe précédente : la vitesse est-elle proportionnelle à la fréquence ? Justifier. Déterminer la fréquence minimale de démarrage, dite fréquence de décollage.

3.2. Quelle est la valeur de la fréquence f correspondant à une vitesse du tapis de 12 km/h ?

Document réponse 2 : moteur asynchrone

I - LES RESULTATS

Partie C : Réglage de la vitesse du moteur asynchrone

1.  

2.1. Voir document ci-dessous.

2.2. T_u = T_r

2.3.

2.4.1. n_s1 = 40 + n₁ = 620 tr.min^—1

2.4.2. f₁ = n_s1 × p = 31 Hz

2.4.3. Voir document ci-dessous.
Caractéristique parallèle à la précédente.

2.5.

n₂ = 360 tr.min^—1.

3.1. v non proportionnelle à f car v(f)  ne passe pas par l'origine.
f_min = 2,5 Hz

3.2. Pour v = 12 km/h, f = 31 Hz.

II - LES RESULTATS COMMENTES ET DETAILLES

1. D'après le document ci-dessus,
● n_s = 1 000 tr.min^—1 (valeur de n pour T_u = 0 : à vide, le moteur n'entraîne aucune charge et tourne quasiment à la fréquence de synchronisme n_s).
● Pour n = 960 tr.min^—1, T_u = 19 N.m d'où :

2.1. Voir document ci dessus.

2.2 Lorsque le moteur fonctionne en régime permanent T_u = T_r.

2.3. Si T_u = T_r = constante,

2.4.1 n_s — n₁ = 40 tr.min^—1 d'ou n_s1 = 40 + n₁ = 40 + 580 = 620 tr.min^—1

2.4.2 .

2.4.3 Voir document ci dessus
Cette nouvelle caractéristique T_u1(n) parallèle à celle de T_u(n) à 50Hz.

2.5 Pour une fréquence f₂ = 20 Hz

Cette caractéristique doit être parallèle aux précédentes.
Graphiquement, la fréquence de rotation du moteur est n₂ = 360 tr.min^—1

3.1. La vitesse v n'est pas proportionnelle à la fréquence f car la courbe v(f) est une droite qui ne passe pas par l'origine. Graphiquement, la fréquence de décollage est f_min = 2,5 Hz.

3.2 Pour v = 12 km/h, f = 31 Hz.

III - LES OUTILS : SAVOIRS ET SAVOIR-FAIRE

Connaissances scientifiques

− Constitution d’une machine asynchrone. Différentes sortes de rotors.
− Principe du fonctionnement. Glissement.
− Bilan des puissances.
− Rendement.
− Caractéristiques I(n) et T(n) dans la partie utile.
− Moment du couple électromagnétique dans la partie utile (proportionnalité à g et ; PV2tr= Tem Ωs).

Savoir-faire expérimentaux
− Utiliser un moteur asynchrone pour obtenir un point de fonctionnement donné.
− Réaliser les mesures pour déterminer le rendement d’un moteur asynchrone.
− Mesurer le glissement.

Savoir-faire théoriques
− Déterminer le point de fonctionnement d’un groupe entraîné par un moteur asynchrone
− Déterminer le rendement d’un moteur asynchrone
Variation de la vitesse :
• D’un moteur à courant continu,
• D’un moteur à courant alternatif.

Connaissances scientifiques
− Allures des principales caractéristiques des charges entraînées.
− Les principales sources.
− Réglage de la vitesse d’un moteur à courant continu par variation de la tension d'alimentation.
− Alimentation d’un moteur asynchrone par un onduleur réalisant la condition U/f = cte.

Savoir-faire expérimentaux
− Commander la vitesse de moteurs à partir de dispositifs expérimentaux fournis

Savoir-faire théoriques
− Allure du réseau des caractéristiques mécaniques d’un moteur à courant continu à excitation indépendante et constante soumis à une tension d’induit de valeur moyenne réglable. Justifier l’intérêt d’un tel mode de fonctionnement par rapport à une action sur le courant d’excitation.
− Donner une justification qualitative de la condition U/f = cte pour une alimentation, par un onduleur à fréquence réglable, d’un moteur asynchrone à cage. Allure du réseau des caractéristiques mécaniques d’un moteur asynchrone alimenté avec une commande U/f = cte.