Régulation de la tension électrique dans les installations industrielles

4.7 Exercices d'application

Résistance de l'induit R 0, 5; tension alimentation U 220 V.

Résistance de l'inducteur r 150; tension d'alimentation u 120 V; -
Un moteur à excitation indépendante porte les indications suivantes : - Exercice n^?1:

Pour essai en charge à la vitesse n 1450 tr/min, l'intensité I 18A. Pour

PV 320W, IV =

Lors d'un essai à vide, on mesure la puissance absorbée par l'induit

1

2A. , l'essai en charge, calculer: 6. Le rendement du moteur.

4. La puissance utile PU.

3. Les pertes collectives.

2. Les pertes par effet Joule au stator et au rotor.

1. La puissance électromagnétique.

8. Le fréquence de rotation nV.

5. Le moment du couple utile TU.

Réponses:

7.Laf.e.m.EV

Pour l'essai à vide, calculer:

1. Équation de fonctionnement : U = ER.I

La puissance électromagnétique est PEM = E.I soit PEM = 3, 8kW

E = U -- R.I soit E = 211V

et PJI = R.I² soit : PJE = 96W et PJI = 162W

_u2

2. PJE=u.i= r

3. Lors de l'essai à vide, PV = R.IV ² + PC PC = PV -- R.IV
4.PU = PA -- PJI -- PJE -- PC = PEM -- PCsoitPU = 3, 5kW 2 soit PC =

319W

PU 5.TU= Ù			PU = 2ð.n/60soit TU = 23Nm
6.ç=	PU PA	PU u.i + U.Isoit ç = 85, 8%

7. A vide: U = E + R.IV E = U -- R.IVsoit E = 219,4V

8. A vide : EV = k.nV k = EV et en charge E = k.n k =
nV

(k

est identique dans les deux cas car le moteur est à excitation constante). E

n soit nV = E . n = 1508tr/min.

EV

Un essai à vide permet de mesurer le courant IV

d'induit R 0,9Ù et est alimenté par une tension d'alimentation U variable. 150V et nV =

Exercice n^?2 Un moteur à excitation indépendante à pour résistance 1250tr/min.= 1, 3A, la tension UV =

3. Établir la relation entre E et n lorsque U varie.

En charge, pour une tension d'alimentation U 170V, l'induit appelle un 2. Calculer la f.e.m. E.

1. Calculer les pertes collective P _pet le moment du couple de pertes T . courant constant de I =

6. Montrez que le moment du couple électromagnétique TEM est constant

4. Calculer la tension de décollage UD.

22A, la vitesse de rotation n 1250 tr/min.

5. Établir l'expression de n en fonction de U.

8. Ecrire l'expression de TU(n).

7. Le moment du couple de perte T est proportionnel à la vitesse n, soit et calculer sa valeur.

9. Le moteur doit entraîner une charge qui à pour couple résistant T = a.n. Calculer a.

TR = 2, 10^-06.n²1, 1.10^-3.n + 23

1.PV = R.I²

Réponses:

.Calculer les coordonnées du point de fonctionnement.

V + PC PC = UV .IV - RV .I2 V soit PC = 193, 4Wet PC

= 1,48Nm

T = 2ð.n/60

3. On sait que E= k.n k =_n

2. U = E + R.I E = U - R.I soit E =150,2V

E

soit k = 120, 2, 10^-3.D'où la relation

E = 120, 2.10^-3.n

4. Lorsque le moteur démarre, E = 0 et UD = R.I soit UD = 19, 8V

5.

R.I soit n ⁼120, 2.10^-3

On trouve: n=8,32.U-164,8

On sait que E = 120, 2, 10^-3.n et U = E + RI U = 120, 2.10^-3.n + U-R.I

E.I 2ð.n

6.TEM=

_Ùavec I = Cste, E = 120, 2.10^-3.n etÙ = 60 alors

TEM =

= 25,2Nm

120, 2.10^-3.n * 22

2ð.n/60

TP = 1, 18.10^-3Nm/tr/min

9. Pour calculer le point de fonctionnement, on fait TU = TR.

7. Pour n = 1250tr/min, TP = 1, 48Nm, et a = n

8.TU = TEM - TPsoit TU = 25, 2 - 1, 18.10^-3.n

25, 2 - 1, 18.10^-3.n = 2.10^-6.n² - 1, 1.10^-3.n + 23 soit 2.10^-6n² - 80.10^-6.n - 2, 2 = 0

6)2 - 4 × (2.10^-6) × (2, 2) = 17, 6.10^-6

Ä = (-80.10^-

n1 =	/ -(-80.10^-6 - 17, 6.10^-6	= -1029 et n2 =	/ -(-80.10^-6 + 17, 6.10^-6	= 1070
	2 × 2.10^-6		2 × 2.10^-6

On choisit la vitesse positive : n = 1070tr/min et T = 23, 9Nm.

Chapitre 5

asyncrones

les machines à courant alternatifs : exemple des moteurs

5.1 Classification des moteurs a courant alter-

natif

1. Selon le principe de fonctionnement:

Il peuvent être classer selon plusieurs aspects:

b. les moteurs asynchrone;

a. les moteurs synchrones;

ii) les moteurs à collecteur

i) les moteur asynchrone ou à induction

moteur à cage d'écureuil ou à rotor court-circuité(simple ou double cage )

moteur à bague; rotor bobiné ou rotor en phase.

2. Selon le type de courant:

b. triphasé.

a. monophasé;

3. Selon la vitesse de rotation:

b. une vitesse variable;

a. une vitesse constante;

c. vitesse ajustable.

4. Selon les caractéristiques structurelles:

d. ventilé.

b. semi ouvert;

a. ouvert;

c. fermé;

5.2 Principe de fonctionnement des moteurs asynchrone triphasé

mécanique prend place au niveau de la place rotative d'un moteur électrique.

Selon la règle générale, la conversion de l'énergie électrique en énergie

tor ne reçoit pas l'énergie électrique par conduction mais plutôt par injection mise à l'induit (partie rotative) à travers les balais et le collecteur. Ainsi les Pour les moteurs à courant continu l'énergie électrique est directement trans-

moteurs à courant continu peuvent être appeler moteur à conduction.

mateur recevant son énergie du primaire; c'est pour cette raison que de tels exactement de la même manière que l'enroulement secondaire d'un transfor-

rotation

dans lequel le primaire est statique tandis que le secondaire est libre à la Ainsi le moteur à induction peut être assimiler à un transformateur rotatif moteurs sont connus sous le nom de moteur à induction.

Cependant pour ceux qui concerne les moteurs à courant alternatif le ro-

a) Avantages des moteurs à injections:

ils coûtent moins cher;

rendement élevé avec un bon facteur de puissance;

leur construction est simple robuste et particulièrement pour les moteurs

durant leur fonctionnement du fait de l'absence des balais on note une à cage;

l'équipement de démarrage est simple et plus particulièrement pour les nécessite un minimum de maintenance;

b) Inconvénients des moteurs à inductions:

peuvent démarrer sans l'implication de moteur auxiliaire pour la syndiminution des pertes par frottement;

on ne peut contrôler la vitesse sans pour autant affecter le rendement; chronisation;

moteurs à cage.

la vitesse diminue avec la charge comme pour le cas d'un moteur shunt; le couple de démarrage est quelque peu inférieur à celui d'un moteur shunt.

5.3 Construction

Un moteur asynchrone triphasé est constitué de deux parties essentielles.

5.3.1 Le Stator

vant les conducteurs. Le stator porte un enroulement triphasé alimenté à partir d'une source triphasée. Il est enroulé pour un nombre de pôle défini qui produit dans le champ magnétique tournant P

chrone ou d'un alternateur. Il est constitué d'un ensemble d'encoches rece-

Le stator d'un moteur asynchrone est identique à celui d'un moteur synversa. On va déterminer ultérieurement que lorsque les enroulements du stator sont alimentés par une source triphasée il se produit un champ tournant d'encoches par pôle par phase ) le nombre de pôle détermine la vitesse de rotation.

n₈ = 120(f/p) p : le nombre de pôle

constant en amplitude et tournant à la vitesse de synchronisme'

Plus le nombre de pôle sera élevé moins sera la vitesse de rotation et vis

= 2n ( n étant le nombre

60(f/p) p : le nombre de paire de pôle

n₈ =

du rotor par induction mutuelle.

Ce flux magnétique tournant induit une force électromagnétique au niveau

P1 ns	3000	2 1500	3 1000	4 750	5 600	6 500	7 428,6	8 375	9 333,3	1011 300	272,7	12 250

TAB. 5.1 Nombre de pôles en fonction de n₈

En cage d'écureuil

5.3.2 Le Rotor

'Vitesse de synchronisme notée n₈

FIG. 5.1 Modèle du rotor en cage en écureuil

à conduction à cage ou rotor court-circuité; le rotor n'est relié à aucune mités de ses barres sont réunies par deux couronnes également conductrices. alimentation. Il tourne à la vitesse de rotation Ù.

Les moteurs avec ce type de rotor sont connus sous le nom de moteur

Sa résistance électrique est très faible.

Il est constitué de barre conductrice très souvent en aluminium. Les extré-

Bobiné

FIG. 5.2 Modèle du rotor bobiné

formant des bobinages. On peut accéder à ces bobinages par l'intermédiaire Les tôles de ce rotor sont munies d'encoches où sont placés des conducteurs bobiné, à rotor en phase ou à bague.

de trois bagues et trois balais. Ce dispositif permet de modifier les propriétés Ces types de moteur sont connus sous le nom de moteur asynchrone à rotor électromécaniques du moteur.

5.4 Les moteurs à cage

conducteurs qui de nature ne sont pas ne sont pas des fils émaillés mais
rotor est d'une construction simple et robuste. Le rotor est constitué d'un
noyau cylindrique laminé avec des encoches parallèles destiné à porter les

En industrie 90% des moteurs utilisés sont de ce type du fait que leur toute possibilité d'insertion de résistances additionnelles dans le circuit roto- constitué d'épaisses barres en cuivre ou en aluminium ou encore en alliage. rique. Les encoches du rotor formes une légère inclinaison par rapport à l'axe du rotor et ceci pour deux raisons:

sont court-circuitées de manière permanente sur elle même; écartant ainsi
minale d'où le nom de rotor court-circuité. Il faudrait noter que ces barres
Ces barres sont soudées électriquement sur une bague de court-circuitage ter-

Permettre le démarrage facile du moteur en réduisant le bourdonne-

port à celles du stator à cause de l'attraction directe entre elle.

ment magnétique;

Permettre de réduire la tendance stationnaire dents du rotor par rap-

5.5 Les moteurs a rotor bobiné

couche triphasé, comme pour le cas d'un alternateur le rotor est bobiné avec
enroulement triphasé quelque soit le nombre de phase de l'enroulement stato-
un nombre de pôle égale à celui du stator. Le rotor comporte toujours un
rique. Les trois phases sont connectées en étoile, à l'intérieure, les trois autres
Ce type de rotor est réalisé avec une distribution d'enroulement à double
extrémités des enroulements sont portés à l'extérieure et connecté à trois
sont ensuite connectés à un rhéostat externe couplé en étoile. Ceci permet
du moteur et aussi pour faire varier la vitesse pendant le fonctionnement. Les
de connecter une résistance additionnelle en série avec le circuit rotorique
pendant la période du démarrage afin d'augmenter le couple de démarrage
bagues isolées et fixées sur l'arbre; et sur elle frotte trois balais. Ces balais,
bagues sont automatiquement court-circuité et le moteur à bague se comporte

comme un moteur asynchrone à cage.

5.6 Principe de fonctionnement

champ magnétique tournant produit par des tensions alternatives.

Le principe des moteurs à courants alternatif réside dans l'utilisation d'un fonction du courant. C'est une grandeur vectorielle. La figureà5.3 représente le sens de parcours du champ magnétique.

B. ce champ est dans l'axe de la bobine, sa direction et son intensité sont La circulation d'un courant dans une bobine crée un champ magnétique

FIG. 5.3 Sens de parcours du champ magnétique générée par la bobine

à la même fréquence que le courant. Voir figure 5.4

Si le courant est alternatif, le champ magnétique varie en sens et en direction

tique résultant est la somme vectorielle. Voir figure 5.5

Si deux bobines sont placées à proximités l'une de l'autre le champ magné-

fréquence que le courant soit 50 tr/s.

tour passe par un maximum). Le champ magnétique résultant tourne à la
stator à 120 les unes des autres, trois champs sont déphasés (chacun à son
Dans le cas du moteur triphasé, les trois bobines sont disposées dans le

FIG. 5.4 Représentation du courant en alternatif

tique. Ces barres sont reliées à leur extrémité par deux anneaux conductions sa fréquence de rotation nommée fréquence de synchronisme.

et constituent une fià cage d'écureuilà». Cette cage est en fait un bobinage à
Le rotor est constitué de barres d'aluminium noyées dans un circuit magné-

Les trois enroulements statoriques crées un champ magnétique tournant, magnétique tournant. Les conducteurs sont alors traversés par des courants de Foucault induit. Des courants circulent dans les anneaux formés par la grosse section et très faible résistance. Cette cage est balayée par le champ la cause qui leur a donné naissance. Le rotor tourne alors dans le même cage, les forces de Laplace qui en résultent exercent un couple sur le rotor. tion des courants induits et donc des forces de Laplace et du couple moteur. sens que le champ mais avec une vitesse légèrement inférieur à la vitesse de synchronisme de ce dernier.

D'après la loi de Lenz les courants induits s'opposent par leurs effets à Les deux fréquences de rotation ne peuvent donc pas être synchrone dont les noms de moteur asynchrone.

sinon la cage ne serait plus balayée par le champ tournant il y'aurait dispari-
Le rotor ne peut pas tourner à la même vitesse que le champ magnétique,
champ magnétique tournant. S'il en était ainsi il n'y aurait aucune vitesse
pour cette raison que le rotor tourne à une vitesse inférieure à celle du syn-
aucun courant rotorique et aucun couple afin de maintenir la rotation. C'est
relative entre les deux aussi aucune force électromotrice ne serait induite,
Glissement Dans la pratique, le rotor n'arrive jamais à rattraper le
chronisme.Onditquelerotor«glisse»parrapportauchamptournant.La

FIG. 5.5 Le champ magnétique résultant en diphasé.

par seconde. Ce glissement g va dépendre de la charge.

moteur. La différence de la vitesse de synchronisme ns et la vitesse actuelle
du rotor n est connue sous le nom de glissement qui est exprimé en évolution
différence entre les deux vitesses de rotation dépend de la charge appliquée au

n - n_s

g=

n_s

n_s : vitesse de rotation de synchronisme du champ tournant (tr.s-1). n : vitesse de rotation du rotor (trs.s-1).

Le moteur à trois régimes de fonctionnement:

figure 5.7

~g > 1 c'est le régime de freinage électromagnétique.

Le principe de fonctionnement du moteur asynchrone est illustré par la g < 1 le moteur fonction en régime générateur.

0 <g <1 le moteur fonctionne en régime normale.

5.7 Représentation schématique

fiquement un moteur à cage ou un moteur à bagues. La figure 5.8 estreprésentationtion schématique d'un moteur asynchrone.

boles normalisés. Les figures ci-dessous sont valables pour un moteur asyn-
chrone en général. Les deux schémas de la figure 5.8 représentent plus spéci-
Dans les schémas les moteurs asynchrones sont représentés par des sym-

FIG. 5.6 le champ magnétique résultant en triphasé.

5.8 Caractéristiques des moteurs asynchrones 5.8.1 Fonctionnement à vide

A vide : g = 0 et donc n0

est nul et le moteur tourne à la vitesse de synchronisme.

=

parle alors de courant réactif ou magnétisant (ils servent à créer le champ magnétique).

Nous observons également que le facteur de puissance à vide est très faible
(<0,2)etlecourantabsorbéerestefort(PestpetitetQestgrand).On

A vide le moteur n'entraîne pas de charge. Par conséquent le glissement

ns.

en charge.

courant actif. Il faut noter que le moteur asynchrone est capable de démarrer 5.8.2 Fonctionnement en charge

Le moteur fournit maintenant de la puissance active, le stator appelle un

5.8.3 Caractéristique mécanique T = f(n)

La caractéristique mécanique peut être expliquée par la figure ??

FIG. 5.7 Principe de fonction du moteur asynchrone.

5.8.4 Résumé des caractéristiques Avide,lecourantestnonnégligeable,maislapuissanceabsorbéeestsurtout réactive(Q) ;

La machine asynchrone peut démarrer en charge.

Le couple et le courant de démarrage sont importants;

L'intensité du courant absorbée augmente avec le glissement;

le glissement est le rapport entre la vitesse du champ et celle du rotor: La vitesse du champ tournant est :n_s

On retiendra que:

= f/p

À vide g =

(f est la fréquence du courant et p le nombre de paires de pôles);

g = n-n8

n₈

Quelle que soit la charge la vitesse de rotation varie très peu (n = n_s);

En fonctionnement nominal le moment du couple utile est proportionnel au glissement T_u

0 et n = n_s;

= k.g

5.9 Bilan des puissances

0FIG. 5.8 Représentation schématique d'un moteur asynchrone. 5.10 Démarrage d'un moteur asynchrone

très important (4 à 8 fois In). Pour ne pas détériorer le moteur, il convient

Il existe deux procédés:

procédures de démarrages ont pour objectif la réduction de l'intensité de démarrage.

de réduire cet appel de courant.

D'une façon générale et quel que soit le type de moteur les différents
Dans le démarrage des moteurs asynchrones, le courant de démarrage est

Nous allons voir deux solutions pour démarrer sous tension réduite.

démarrage sous tension réduite.

utilisation de résistances de démarrage;

5.10.1 Organisatgénéralerale déquipementment de dé-

-le schéma du circuit de commande.

-le schéma du circuit de puissance,

Qui ont des fonctions spécifiques définies.

Dans un équipement de démarrage il convient de distinguer: marrage

L'étude de ces deux circuits se traduit par deux schémas explicatifs distincts: le circuit de COMMANDE.

le circuit de PUISSANCE,

FIG. 5.9 Caractéristiques mécaniques d'un moteur asynchrone.

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). Principe

5.10.2 Démarrage direct

Ce type de démarrage est réservé aux moteurs de faible puissance devant

avantage et inconvénients

1.) Avantages

2.) Inconvénients

Le couple de démarrage est important

3.) Comment démarré en direct

Intensité de démarrage important implique:

Simplicité de l'appareillage

chute de tension sur la ligne qui peut portée des préjudice aux autres usagés de la même ligne

Rapide

Prix peut élevé

Aussi si le couple de décollage du moteur est élevé.

Appelle en puissance apparente élevée

Puissance du moteur.

On peut démarré en direct si la puissance du réseau est supérieur à la

FIG. 5.10 Bilan de répartition de la puissance dans un motasyncronesrone.

tation des enroulements). Cette méthode diminue le temps de démarrage et la tension d'alimentation.

le couple de démarrage aussi (proportionnel au carré de la tension d'alimenle couple résistant est faible. L'intensité de démarrage est divisée par 3, mais 5.10.3 Démarrage étoile - triangle

Ce type de démarrage est réservé aux machines démarrant à vide ou dont

triphasé. Le montage en étoile et le montage en triangle.

Pour un branchement en étoile on a:

Branchemétoileoile ou triangle

IL y a deux possibilités de branchement du moteur au réseau électrique

ligne(I)

La valeur du courant par phase (J) est égale à la valeur du courant en

I=J

La tension composée (U) est égale à racine de trois fois la tension simple (V)

v

U = 3.V

Pour un branchement en triangle on a:

du courant par phase (J).

La valeur du courant en ligne (I) est égale à racine de trois fois la valeur

v

I = 3.J

simple (V).

La valeur de la tension composée (U) est égale à la valeur de la tension

U=V

Réseau / Moteur 127 /220V	127 / 220 V Couplage étoile	220 / 380 V Sur tension cou-	380 /660V Sur tension cou-
220 /380V 380 /660V	Couplage triangle Sous tension cou-	plage impossible Couplage étoile Couplage triangle	plage impossible sur tension cou- plage impossible Couplage triangle
	plage impossible

TAB. 5.2Couplage des bobines d'un moteur en fonction du réseau

FIG. 5.11 couplage des bobines en étoile triangle.

5.11 Puissance d'un moteur asynchrone 5.11.1 Puissance électrique absorbée:P_a

v Pa = 3UI cos(?)

avec:

-U : tension entre deux bornes du moteur -I : l'intensité en ligne.

5.11.2 pertes par effet joule au stator Pjs

3 2.R.I2

R : résistance entre deux bornes du stator

constantes si le moteur est couplé au réseau. 5.11.3 Perte fer au stator Pfr

Elles ne dépendent que de la tension U et de la fréquence f et sont donc

5.11.4 Puissance transmise Ptr

Ptr = P_a - Pjs - Pfs

C'est la puissance que reçoit le rotor.

tique résultant de moment Tem.

l'ensemble des forces électromagnétiques se réduit à un couple électromagnéÙ_s:elles glissent sur le rotor qui, lui, ne tourne qu'à la vitesse . L'action de 5.11.5 Moment du couple électromagnétique Tem

Les forces qui s'exercent sur les conducteurs du rotor tournent à la vitesse

Tem = Ptr/Ùs

-Tem en (N.m)

-Ptr en (Watt)

- n_sen (rad.s-1)

Ù.IlluicommuniquedonclapuissancemécaniquetotalePM.PM = TEM ×Ù soit PM = T EM * Ù = Ptr * Ù/Ù_s = Pt_r.(1 - g)

5.11.6 Puissance mécanique totale PM

Le couple électromagnétique de moment Tem entraîne le rotor à la vitesse

PM = Pt_r.(1 - g)

Elles ne sont pas mesurables car le rotor est court-circuité. On les calcule. courants induits.

5.11.7 Pertes par effet joule et pertes dans le fer au

Donc : Pjr + Pfr = Ptr - PM.(1 - g)

Ces pertes représentent la différence entre Ptr et PM. Elles sont dues aux rotor Pjr et Pf r

= g.Ptr

tr Les pertes fer du rotor sont négligeables.

Pjr = g.P

5.11.8 pertes mécaniques:P_m

PMla vitesse de rotation varie peut en marche normale, ces

P_m = P_u -

pertes sont pratiquement constantes.

généralement constantes, les pertes fer au stator et les pertes mécaniques le sont aussi.

5.11.9 Pertes collectives:P_c

Ces pertes ne dépendent que de U, f et n. Comme ces grandeurs sont

P_c = Pfs+Pm

Le couple de perte est une grandeur constante quelle que soit la vitesse et la charge de la machine.

On définit le couple de perte :T_p = Pc/Ùs

Rendement : ç = Pu/Pa

5.11.10 Puissance utile:P_u

Couple utile: T_u = P_u/Ù

Puissance utile : P u = PM?P m

= P_u +

vide T_u = 0 implique que P u

5.11.11 Bilan des puissances à vide

Le bilan total, quelque soit la situation, est P_a Pjs

= 0 × g = 0 implique que Pjr + Pjr + P_c A

= 0

v

Pa0 = 3UI0. cos ?0

2

Pjs0 = 3 2.RI0

P _cà vide sont sensiblement égales aux P _cen charge En simplifiant :Pa0 = P_c

déterminer les pertes collectives.

(les pertes joules à vide sont négligeables). Un essai à vide permettra de

5.11.12 Point de fonctionnement du moteur en charge

FIG. 5.12 Caractéristique de fonctionnement du moteur en charge.

5.11.13 Moteur asynchrone monophasé

FIG. 5.13 Moteur asynchrone monophasé.

taines de watts à plusieurs mégawatts est le plus utilisé de tous les moteurs électriques. Son rapport coût/puissance est le plus faible.

5.11.14 Utilisation du moteur asynchrone

puissance peuvent fonctionner à vitesse variable dans un large domaine.

Associés à des onduleurs de tension, les moteurs asynchrones de forte

Le moteur asynchrone triphasé, dont la puissance varie de quelques cen-

dicap.

asynchrones n'est pas réglée par un onduleur, mais ces moteurs possèdent plu- Remarques : en électroménager (exemple : lave-linge) la vitesse des moteurs Toutefois l'emploi de ce type de moteur est évité en très forte puissance sieurs bobinages. Il est alors possible de changer le nombre de paires de pôles (P">"10"MW) car la consommation de puissance réactive est alors un han- et donc la vitesse.

5.11.15 Réversibilité

puissance au réseau en fonctionnant en charge.

asynchrone, étant donné que son rotor n'est pas excité, elle ne peut être
autonome. Mais elle est réversible dans le sens où elle peut fournir de la

Toutes les machines tournantes sont réversibles. Dans le cas de la machine si à chaque instant le couple moteur est supérieur au couple résistant plus 5.11.16 Complément caractéristiques T

l'inertie du système.

Courbes Tr f(N) et P f(N), voire Figure 5.14 et 5.15

Le démarrage d'un système (charge) par un moteur ne peut avoir lieu que

= f(n) de quelques

charges

FIG. 5.14 Courbes caractéristiques de différentes charges.

FIG. 5.15 Courbes caractéristiques de différentes charges.

menté directement par le réseau triphasé. Son prix d'achat est moins élevé; 5.11.17 avantages des moteurs asynchrones

Comparé au moteur shunt, le moteur asynchrone a l'avantage d'être ali-

entretien : changement de balais.

il est beaucoup plus robuste car il ne nécessite pratiquement pas d'entretien. En effet le collecteur est un organe coûteux et fragile qui ne nécessite un Ses deux qualités fondamentales résultent du fait qu'il n'a pas de collecteur. ces dernières

mances très médiocres par rapport à celles du moteur shunt. En effet jusqu'à peut résoudre de façon satisfaisant, les moteurs asynchrones ont des perfor5.11.18 Inconvénient des moteurs asynchrones

A l'exception du démarrage et de l'inversion du sens de marche que l'on

Les transformateurs

Chapitre 6

6.1 Intérêt

trois transformateurs monophasés identiques. Mais ces trois transformateurs et seraient aussi encombrant.

Il est donc plus avantageux d'utiliser un transformateur triphasé : on gagne
placés dans un volume restreint présentent des couplages inductifs parasites

Pour changer la tension d'un système triphasé, on peut fort bien utiliser

en encombrement et en poids.

6.2 Constitution

enroulement primaire et un enroulement secondaire.

surent la fermeture du circuit magnétique. Sur chaque noyau se trouvent un Les axes des trois noyaux sont dans un même plan, deux culasses as-

FIG. 6.1 Constitution d'un transformateur.

tion, puisqu'un même flux magnétique (aux fuites près) est enlacé par tous colonne, c'est à dire les bobines d'un transformateur monophasé élémentaire. 6.2.1 Equations électriques

les enroulements qu'elle porte.

Chaque colonne se comporte comme un transformateur monophasé, par construc-
On représente sur un même axe les enroulements situés sur une même

FIG. 6.2 Bobines dtransformateurteur monophasé élémentaire.

semble des équations des trois transformateurs-colonnes qui le composent.

Le fonctionnement d'un dispositif triphasé doit donc satisfaire à l'en- établir des conventions de signes pour l'expression des grandeurs primaires règles adoptées lors de l'étude des transformateurs monophasés, nous pouvons résultats obtenus pour un montage à deux enroulements:

(V 1et I1) et secondaires (V '

Alors si les trois enroulements ont des nombres de spires n1, n2 et n3 et En considérant le transformateur-colonne ci-dessous et en utilisant les

des impédances de pertes z1 2et I^' ₂, V ? 2et I''

= r1 +

équations liant ces grandeurs s'écrivent en généralisant de façon évidente les

jl1ù, z2 = r2 + jl2ù et z3 = r3 + jl3ù, les ₂).

V 2 ' = -n2 n1

(V1 - z1.I1) - z2.I' 2

FIG. 6.3 Transformateur colonne.

V'' 2 = -n3 n1

(V 1 - z1.I1) - z3.I'' 2

n1.I1 + n2.I ' 2 + n3.I'' 2 = n1.I10

primaire VA (Va1 est la d.d.p entre les bornes a1 et x1, homologue de A et X. comme tensions secondaires les grandeurs Va1 et Va2, homologues de la tension Ia1 et Ia2 sont choisies pour que les secondaires soient affectés de la convention des générateurs. Ce qui donne:

En pratique, compte tenu du mode de représentation adopté, on prendra

Va1 = -V ' 2 , Ia2 = -I2^'' D'où les nouvelles équations
2, Ia1 = -I^' 2, Va2 = -V ''

suivantes:

n2 V ' a1 = - (VA - z1.IA) - z2.I' a1 n1
n3 V ' a2 = -n1	(VA - z1.IA) - z3.I' a2

n1 (IA1 - IA0 = n2.Ia1n3.Ia2

s'en déduiront au moyen de rotations de #177;2ð/3.

colonneà; dans le cas d'un fonctionnement triphasé équilibré il suffira de reNB : Le fonctionnement du transformateur triphasé sera donc décrit par l'en- présenter les diagrammes vectoriels d'une colonneà; ceux des autres colonnes semble des diagrammes vectoriels associés aux équations des trois transformateurs-

6.3 Grandeurs caractéristiques d'un transformateur triphasé

6.3.1 Fonctionnement nominal

valeurs nominales:

Sur la plaque signalétique d'un transformateur triphasé, on peut lireâles la puissance apparente utile S2n;

couplage possible

Exemple:

les tensions primaires et secondaires composées, c'est à dire entre fils indiquera les valeurs nominales des tensions correspondantes à chaque de ligneà; si le mode de connexion des enroulements n'est pas fixé on sions normales suivantes:

Cela signifie que les enroulements prévus pour travailler sous les ten*secondaire : étoile U2Y = 220V; triangle U2nÄ = 127V

*primaire : étoile U1nY = 380V; triangle U1nÄ = 220V

*au primaire: V ' 1n = U1nY/v3 = U'

2n = U2nY /v3 = U'

1n = 220V

*au secondaire: V ' 2n = 127V

valeurs précédentes par:

des intensités des courants secondaires en ligne, qui se déduisent des *I2nY = S2n/v3.U2nY

*I' 2n = S2n/v3.U' 2n

du facteur de puissance secondaire, valeur du facteur de puissance de la charge nominale.

définition (toutes deux étoilées ou toutes deux composées) à vide: 6.3.2 Rapport de transformation

C'est le rapport des valeurs des tensions secondaire et primaire de même

m=	Va0	Uab0
	VA0	UAB0

6.3.3 Indice horaire

aussi pour effet d'introduire un déphasageèentre les tensions primaires et Les conditions de couplage des enroulements primaires et secondaires ont

0FIG. 6.4 Transformateur rapport de transformation. secondairesàiàhomologuesà».

Le transformateur triphasé est caractérisé par la valeur de ce déphasage qu'il introduit entre les tensions homologues. En pratique, les valeurs de obtesur son homologue HT) à ð/6. Ce nombre entier qui peut prendre toute va- nues sont toujours des multiples de #177;ð/6.

sions homologues HT et BT (par exemple VA et V_a), le vecteur HT pointant l'heure qu'indiquerait une montre à aiguille dont le cadran porterait deux tensur le nombre 12 tandis que le vecteur BT joue le rôle de l'aiguille des heures.

La désignation de cette caractéristique provient du fait qu'elle a pour valeur leur comprise entre 0 et 11 est dit fiàindice horaireà du transformateur. On se contentera donc d'indiquer le rapport de (retard d'une tension BT

6.4 Couplage du transformateur

Pour le cas du couplage zigzag chaque noyau porte ainsi deux demi-enroulements et triangle, le couplage zigzag qu'on peut rencontrer au niveau du secondaire. appartenant à deux phases différentes.

6.4.1 Principe

L'éventuel déséquilibre d'une phase secondaire se trouve ainsi mieux réparti

Comme tout récepteur triphasé, on rencontre outre les couplages étoile

au primaire. Chaque mode de couplage est symbolisé par une lettre:

triangle : D

zigzag: Z

étoile : Y

6.4.2 Couplages normalisés

Couplage étoile-étoile: (Yy pour un transformateur abaisseur)

FIG. 6.5 Couplage normalisés couplage étoile-étoile.

homologues A et a donne:

n2 .VA. Va =n1

L'équation aux tensions du transformateur-colonne associé aux bornes

I = 0 (puisque =

étoile, 0 indice horaire nul).

0)

=

Remarque : Par permutation des lettres désignant les extrémités des bo-
bines, le montage Y_y permet d'avoir tout les indices horaires pairs : I 4

lorsque a prend la place de b; I 8 quand a vient en c; I 6,10,2 si a Ce couplage, normalisé, sera désigné par Y_y0 (Y HT en étoile, y BT en remplace respectivement x,y,z.

abaisseur)

Couplage triangle-étoile : (Dy dans le cas d'un transformateur

= n2

Le diagramme vectoriel indique que l'indice horaire vaut: L'équation de la première colonne s'écrit : Va n1 UAB

Uab v₃n2

=

UAB n1

m=

I = 11( = -ð/6 = 11).ð/6) De plus on a:

Ce couplage

normalisé sera désigné par : D_y11 Remarque : De la même manière que

FIG. 6.6 Couplage normalisés couplage triangle-étoile.

les lettres affectées aux extrémités des bobines.

pour le montage Yy, on pourrait montrer que tous les indices horaires impairs (1,3,5,7,9,et 11) peuvent être obtenus grâce au couplage Dy, en permutant Couplage étoile-zigzag (Yz)

FIG. 6.7 Couplage normalisés couplage étoile-zigzag.

Les équations des transformateurs -colonne sont:

n2 Va1 = Va2n1

VA

et

Vb1 = Vb2 = n1 VB n2

et On en déduit la tension étoilée secondaire V_a d.d.p entre iàaà et iànài:

n2

Va=Va1 - Vb2=_n1

n2

V_a - n1

n2

^Vb=n1

UAB

L'indice horaire est : 11

V_a n2 UAB v 3n2

=

Le rapport de transformation est:m = VA n1 VA n1

Remarque:

horaires impairs

Comme le couplage Dy, le couplage Yz permet d'obtenir tous les indices Ce couplage est symbolisé par : Y_z11

relie entre elles une borne BT et la borne HT homologue (par exemple A et 6.4.3 Détermination de l'indice horaire (méthode des a. On mesure alors les tensions composées BT (Uab,

mixtes entre borne BT et HT (UaB,

On alimente un coté du transformateur, par exemple le côté BT et on électriciens)

UaC, UbA, UbB, UbC, UcA,

iàhomologuesài et l'indice horaire.

sions primaire et secondaires et d'en déduire le déphasage entre deux tensions

UcB et UcC).

Ces mesures permettent de construire les diagrammes vectoriels des ten-

Ubc et Uca) et les tensions

6.5 Marche en parallèle des transformateurs tri-

phasés

un rendement mauvais. On préfère disposer de plusieurs transformateurs de un abonné industriel évolue au cours du temps. Un transformateur unique serait en général utilisé très en-dessous de son fonctionnement nominal, avec 6.5.1 Principe

moindre puissance en parallèle de telle sorte qu'ils soient toujours au voisinage

La puissance transmise par une centrale au réseau ou par un réseau à de leurs conditions nominales de marche. L'évolution de la consommation entraîne donc une variation du nombre de puissance mise en service.

tés par un même réseau et leurs secondaires connectés à une même charge. 6.5.2 Conditions de couplage en parallèle

Des transformateurs sont en parallèle lorsque leurs primaires sont alimen-

FIG. 6.8 Transformateurs couplés en parallèle.
phasés sont connectées deux à deux et alimentées par une ligne triphasée

_a, V '

il apparaît aux secondaire deux systèmes triphasés de tensions V

Pour que l'on puisse relier deux à deux les bornes homologues secondaires (a^'

Lorsque les bornes homologues primaires de deux transformateurs tri-

' b , V ' cet

V ''

et a^?,b^' et b?, c^' et c^?) sans que circulent des courants importants, il faut que a , V b^?, V c^?.

a = V ?' a , V b ' = V ? ces bornes soient deux à deux au même potentiel, soit :V

et T bet
V c ' = V c'

?:

On en déduit immédiatement les conditions nécessaires au couplage de T ' même rapport de transformation;

même indice horaire ou indices horaires compatibles.

formateur en effectuant une permutation des lettres affectées aux bornes: 6.5.3 Groupes d'indices horaires

En pratique, on a vu qu'il est aisé de modifier l'indice horaire d'un trans-

formateurs dont les indices horaires diffèrent de #177;4.

valeur de l'indice horaire. On pourra donc sans difficulté coupler des trans-
toute permutation entraîne une augmentation ou une diminution de 4 de la

FIG. 6.9 Couplage de transformateurs.

raient aisément marcher en parallèle.

dice 1(T1 et T2), 5(T3) et 9(T4).

indices : deux transformateurs d'un même groupe et de même rapport pour-
On définit alors quatre groupes de transformateurs suivant les valeurs des
La figure 6.9 montre le branchement en parallèle de transformateurs d'in-

Groupe I	Indice 0;4;8	Couplages
II III	2;6;10 1;5;9	Yy; Dy; Dz
IV	3;7;11	Yy; Dy; Dz
		Dy; Yy; Yd
		Dy; Yy; Yd

TAB. 6.1 Nombre de pôles en fonction de n_s

6.6 Transformateurs spéciaux

6.6.1 Autotransformateur

constitué par une partie de l'enroulement HT.

Un autotransformateur est un transformateur dont l'enroulement BT est

FIG. 6.10 Représentation d'un autotransformateur.

lation galvanique entre le primaire et le secondaire.

NB : L'inconvénient majeur de l'autotransformateur estâle manque d'iso-

6.6.2 Transformateurs de mesures

comptage de l'énergie en basse tension.

la ligne étudiée et les appareils de mesure des transformateurs d'intensité

(T.I)ou des transformateurs de tension (T.V). C'est le cas par exemple du Pour mesurer les fortes intensités et les fortes tensions, on intercale entre

FIG. 6.11 Transformateur de mesures.

Transformateur d'intensité

tionnelle : I2 = Ki.I1

par les conditions de fonctionnement de la ligne sur laquelle ce primaire est
connecté et qui fournit au secondaire, dans un appareil de mesure (ampère-
mètre ou circuit intensité d'un wattmètre...), un courant d'intensité propor-

Il s'agit d'un transformateur dont l'intensité du courant primaire est fixée

Transformateur de tension

wattmètre ou d'un compteur d'énergie') sous une tension : V2

secondaire alimente un appareil de mesure (voltmètre, circuit tension d'un Son enroulement primaire est alimenté par la tension à mesurerà; son

= Kv.V1

Conclusion

vie de l'être humain en particulier dans le domaine industriel, il est impératif de la connaître dans ses moindres détails; afin d'avoir une énergie électrique ayant une bonne qualité.

Par conséquent, ce facteur qu'est la qualité est subordonnée à des conditions Vu l'importance qu'a l'énergie électrique et sa nécessité dans la vie dans la

trique.

une tension quelle que soit les aléas des récepteurs ou (et) du réseau élecproduction, son transport, sa distribution aux types de récepteurs utilisés. qui dépendent de plusieurs points variant des techniques utilisées pour sa tolérance où il est possible de rester dans le respect des normes techniques La première remarque faite est qu'une régulation parfaite est irréalisable En effet, la parfaite maîtrise de ce phénomène nécessite des connaissances industrielles et sécuritaires qui sont établies.

interviennent dans son utilisation; on ne peut qu'être dans une marge de
dans la mesure où il est impossible de maîtriser tous les paramètres qui

Je rappelle que la régulation de la tension est le fait de maintenir constante

technologiques qui entrent dans la formation d'un électrotechnicien.

gie générale et professionnelle, les circuits électriques, bref toutes les matières matique en passant par l'électrodynamisme, au magnétisme etc; mais aussi des matières telles que : l'automatisme, les machines électriques, la technolo-

dans presque tous les domaines de la science de l'électrostatique, de la ciné-

afin d'avoir une régulation parfaite en valorisant les recherches à travers les pouvons envisager de créer ou de développer des techniques ou méthodes suivant une démarche chronologique écartant ainsi toutes possibilités d'exu-

bérance. En somme, ce sujet impose son plan à suivre.

des stages de perfectionnement, mettre à leur disposition la documentation installations, employer un personnel qualifié tout en permettant d'effectuer Dans le secteur industriel assurer une maintenance périodique des différentes laboratoires, les centres de formation, les universités.

Avec un développement exponentiel de l'électronique de puissance nous
Son étude exige aussi une jonction étroite des différentes parties, tout en

dégagées ne tiendront compte que sur l'étude des documents disponibles. nécessaire à l'exécution de leur travail.

l'étude théorique faite sur la régulation dans la mesure ou cet étude n'a
porter que sur des documents par conséquent toutes perspectives et solutions
Le contexte, les perspectives et solutions dégager ne se basent que sur

Bibliographie

[3? http/ www. edf.fr.

[4? http/ www. AFNOR.fr.

[1? http/ www.fisik.free.fr/index. php.

[2? http/ www. cficcip.fr.

[5? http/ www.google.fr.

[6? CFPT Sénégal/Japon département d'électrotechnique.

[10? SENELEC. Rapport 2OO de la SENELEC.

[7? Direction de l ?aménage urbain.

[11?

Cours suivis au CEDT. Cours de machines électriques. [9? Microsoft Coorporation. Encarta 2006, 2006.

[8? Cahier de l ?ingénieur.