Les Moteurs Asynchrones Triphases

LES MOTEURS ASYNCHRONES TRIPHASES.

1. OBJECTIFS. Le but de ce chapitre n’est pas de décrire en détail la technologie des différents moteurs électriques, mais de donner des éléments utiles, des directives et des méthodes de travail pour la maintenance. Ce dossier permettra donc :  D’aborder la technologie des moteurs électriques.  De décrire le branchement des moteurs.  De préciser les opérations de maintenance.

2. FONCTION GLOBALE. Le rôle de cet actionneur est de transformer l’énergie électrique en énergie mécanique. Il s’associe souvent à un système d’entraînement du type réducteur ou variateur de vitesse. Il peut être bridé directement sur le réducteur et dans ce cas la transmission de mouvement se fait par engrenages internes. Il peut aussi être séparé du réducteur et avec une transmission du mouvement par courroies ou chaînes.

Energie électrique

TRANSFORMER l’énergie électrique en

énergie mécanique

Energie mécanique Chaleur

Moteur 3. LES PRINCIPAUX MOTEURS ELECTRIQUES. LES MOTEURS Courant continu Moteur pas a pas

Moteur a courant continu

Courant Alternatif Asyncrhone

Moteur asynchrone Mono ou tri phasé

Remarque :

Synchrone

Moteur synchrone Mono ou tri phasé

Moteur autosynchrone Brushless

Le moteur triphasé à rotor en court-circuit est le moteur le plus utilisé. Il ne demande que très peu d’entretien tout en restant fiable au niveau du fonctionnement.

4. IDENTIFICATION ET REPRESENTATION GRAPHIQUE. IDENTIFICATION

REPRESENTATION GRAPHIQUE

U

V

W

M1

5. PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT. Le principe de fonctionnement de ce moteur repose sur l’existence d’un champ magnétique tournant entre le rotor et le stator. Il appartient à la catégorie des générateurs à induction. Un bobinage triphasé crée un champ magnétique tournant qui a une vitesse angulaire de rotation proportionnelle à la fréquence (50Hz). Le rotor en cage d’écureuil est considéré comme le secondaire d’un transformateur en court-circuit. Les courants induits qui s’y développent vont courir après le champ inducteur qui les produit sans jamais le rattraper.

6. CONSTITUTION. Rep. Désignation 1

Carter et stator bobiné

3

Rotor

5

Flasque côté accouplement

6

Flasque côté ventilateur

7

Ventilateur

13

Capot ventilateur

14

Tige d’assemblage

21

Clavette de bout d’arbre

26

Plaque signalétique

30

Roulement côté accouplement

50

Roulement côté ventilateur

71

Boîte à bornes

78

Presse étoupe

97

Vis borne de masse

98

Barrettes de connexion

Les principales parties d’un moteur asynchrone

triphasé sont : Le stator

Le rotor Les flasques L’arbre du rotor

Le carter Le ventilateur Les roulements

généralement réalisé en aluminium injecté pour les petits moteurs et en fonte grise pour les gros moteurs. La boîte à bornes dans laquelle s’effectuent les branchements est fixée sur le dessus ou sur le côté. qui, entraîné par ce champ tournant, produit de l’énergie mécanique. Le rapport entre l’énergie disponible et l’énergie électrique absorbée est le rendement du moteur. qui produit un champ magnétique tournant ils ferment le carter moteur aux deux extrémités et sont réalisés en fonte grise ou en aluminium injecté. Les flasques sont centrés sur le carter et réunis entre eux par des tirants. Certains moteurs sont équipés d’un système de freinage. placé à l’arrière du moteur, il permet le refroidissement du moteur. Le capot oriente le flux d’air vers les ailettes du carter. sur le moteur proposé, le guidage en rotation de l’arbre se fait par deux roulements à billes montés dans les flasques (d’autres combinaisons sont possibles). le rotor est monté sur un arbre en acier. A une de ses extrémité est monté le ventilateur et éventuellement le frein, à l’autre on trouve l’arbre de sortie avec une rainure de clavetage pour le montage du pignon d’entraînement.

6.1. CONSTITUTION DU STATOR. Le stator est constitué d’un empilage de tôles magnétiques sur lesquelles est surmoulée la carcasse. Ces tôles (fig. 1) comportent des encoches profondes dans lesquelles sont logés des bobinages (fig. 2 et 3).

6.2. CONSTITUTION DU ROTOR. Le rotor est un empilage de tôles magnétiques (fig. 4) reliées entre elles par des barres conductrices généralement en aluminium. Ces barres constituent « la cage d’écureuil » (fig.5). L’axe du rotor est monté dans deux roulements à billes logés dans les flasques. Sur les moteurs récents, ses roulements sont graissés à vie, ils ne nécessitent donc pas de maintenance préventive.

Fig. 4

Fig. 5

7. CARACTERISTIQUES. 7.1. LA PLAQUE SIGNALETIQUE. Puissance utile (pu) vitesse de rotation réelle à la puissance nominale (n)

facteur de puissance à la puissance nominale ( à vide la moitié environ) rendement = P utile Pabsorbée

intensité absorbée selon la tension d'alimentation en tri 220v : 39.7A ( couplage triangle ) en tri 380v : 22.9A (couplage étoile)

température ambiante de référence ( pour échauffement )

fréquence de la tension d'alimentation

utilisation en continu de ce moteur (24h/24h)

échauffement admissible de 100° par rapport à la température ambiante ( içi 40° voir dessus )

nombre de phases d'alimentation

moteur de construction étanche Echauffement :

Service: S1 = service continu S2 = service temporaire S3 = intermittent périodique S4 = intermittent à démarrage S5 = intermittent à démarrage et freinage électrique S6 = ininterrompu à charge intermittente S7 = ininterrompu à démarrage et freinage S8 = ininterrompu à changement de vitesse périodique

Classe A Classe E Classe B Classe F Classe H Classe C

: : : : : :

échauff. de 60° pour temp. ambiante < à 40° échauff. de 75° pour temp. ambiante < à 40° échauff. de 80° pour temp. ambiante < à 40° échauff. de 100° pour temp. ambiante < à 40° échauff. de 125° pour temp. ambiante < à 40° échauff. non défini ( accord avec utilisateur )

indice de protection

: IP 23 : contre les contacts des doigts( >12mm) IP 44 : contre les contacts d'outils , fil( >1mm) IP 55 : protection totale contre les contacts étanche à la poussière et l'eau

Formes de construction :

FIXATION DES MOTEURS ASYNCHRONES

Fixation à brides à trous lisses

Fixation à brides à trous taraudés

Fixation à pattes

Attention au sens de montage : un moteur vertical ne peut pas être monté horizontalement et vis versa !

Hauteur d’axe :

Hauteur d’arbre

Empattement 7.2. LA PLAQUE A BORNES. Cette plaque de connexion de six bornes repérées W2, U2, V2, U1, V1, W1 permet selon le couplage, d’alimenter le moteur sous deux tensions différentes. Schéma de branchement normalisé des enroulements :

Couplage du moteur : Lire la plaque signalétique du moteur (ex. précédent) et repérer les tensions, ici 220/380V. La plus petite de ces deux tensions est celle qui doit alimenter les bobinages Couplage en étoile : Le couplage en étoile signifie que la tension du réseau que l’on applique sur le moteur est supportée par deux enroulements .

Couplage en triangle Le couplage triangle signifie que la tension du réseau que l’on applique au moteur est supportée par un enroulement.

Tableau récapitulatif des couplages : Plaque signalétique 127/220V appelé aussi 220TRI 220/380V appelé aussi 380 TRI Réseau

127/220V

220/380V

380/660

En étoile Y

En triangle Λ

Impossible

Impossible

En étoile Y

En triangle Λ

Raccordement du moteur au réseau : Après s’être assuré que le moteur est protégé contre les surcharges et les court-circuits, on peut procéder à son branchement dans le circuit de puissance.  Choisir le câble d’alimentation, Il doit comporter quatre conducteurs dont un conducteur vert/jaune. Les conducteurs doivent être d’une section suffisante pour ne pas s’échauffer au passage du courant : prendre au minimum 1mm2 pour 5 ampères. La gaine du câble doit être conforme aux règlements de sécurité. 

Raccorder les fils d’alimentation et le conducteur de protection.



Réaliser le couplage ( étoile ou triangle)



Serrer le presse étoupe sur le câble pour protéger les connections contre les tractions sur le câble.



Refermer la boite à bornes, ne pas oublier le joint.



Mettre sous tension.

 Contrôler le sens de rotation, le modifier éventuellement. 8. MAINTENANCE ET CONTROLE.

Ce type de moteur ne pose pas de problème en maintenance. Toutefois il est recommandé d’effectuer une surveillance régulière sur la grille de protection du ventilateur et de procéder à un nettoyage régulier si le moteur fonctionne en atmosphère polluée. Sur les moteurs actuels, les roulements sont graissés à vie, donc exempts de tout entretien préventif. Remplacement éventuel des roulements : Cette intervention, dite mécanique, est la seule pouvant intervenir sur ce type de matériel. Avant démontage, il est recommandé de vérifier l’état vibratoire des roulements. Il convient alors de remplacer les deux roulements par des roulements de référence identique. Contrôle mécanique :  déformation éventuelle de l’arbre,  jeu dû à l’usure des roulements. Ces deux contrôles peuvent s’effectuer à l’aide du montage ci-contre. L’erreur de raccordement : Par suite de la défaillance d’une protection ou à cause d’une erreur de raccordement, le bobinage du stator peut être coupé ou en court-circuit. Dans ce cas, deux solutions sont possibles :  Le bobinage est refait par un spécialiste mais, le coût pour rembobiner un moteur standard de faible puissance risque d’être pratiquement aussi important que le coût d’un moteur neuf,  On procède à un échange du moteur (cas le plus fréquent). Installation et montage : Procéder de façon méthodique : Vérifier si les indications signalétiques correspondent aux caractéristiques du réseau et si l’appareil n’a pas subit de dommages Après un stockage prolongé : Vérifier si le taux d’humidité du moteur n’est pas trop élevé. Pour cela, mesurer la résistance d’isolement (tension de mesure 500V à l’aide d’un contrôleur d’isolement). Remarque : la résistance d’isolement dépend fortement de la température. Si la résistance n’est pas suffisante, il faut sécher le moteur à 80°C maximum, avec de l’air chaud. Le séchage est terminé lorsque la résistance d’isolement atteint sa valeur minimale. Préparation à l’établi :  Enlever les produits anti-corrosion sur les sorties (arbres),  Monter les éléments de transmission de mouvement (poulies, pignons). Installation et montage : Le moteur doit être installé conformément aux instructions du constructeur.  Vérifier les fixations, l’absence d’humidité et de poussières,  Vérifier les alignements des éléments de transmission de mouvement (chaînes et courroies),  Contrôler l’étanchéité des joints et des presses étoupes,  Si le moteur doit être changé, se reporter à la plaque signalétique. Contrôle électrique :

Avant de procéder au contrôle d’un moteur, il faut :  Supprimer l’alimentation de la machine,  Repérer et débrancher les fils d’alimentation du moteur,  Enlever les barrettes de couplage. Le contrôle s’effectue en trois étapes : 

Contrôle de continuité des bobinages :

Matériel utilisé : ohmmètre calibré sur une petite échelle, exemple 200Ω. Points de mesure :

Entre U1 et U2

Entre V1 et V2

Entre W1 et W2

Résultats attendus : Résistance # 0 Ω Résistance # ∞ Résistances identiques sur les trois bobinages. Une résistance nulle indique un court-circuit. Une résistance infinie indique un bobinage coupé. 

Contrôle d’isolement des bobinages entre eux :

Matériel utilisé : ohmmètre calibré sur une grande échelle, exemple 1MΩ. Points de mesure :

Entre U1 et V1

Entre V1 et W1

Entre U1 et W1

Résultats attendus : résistance très importante dépassant l’échelle (ici R > 1MΩ) pour les trois mesures.



Contrôle d’isolement entre les bobinages et la masse du moteur :

S’assurer, à l’ohmmètre, que la borne de masse située à l’intérieur de la boite est bien reliée à la masse du moteur : R = 0Ω (attention à la peinture qui isole et fausse la mesure). Matériel utilisé : mégohmmètre électronique ou à magnéto appelé aussi contrôleur d’isolement. Cet appareil délivre une tension de 500V obligatoire pour l’efficacité du contrôle. Points de mesure :

Entre U1 et la masse

Entre V1 et la masse

Entre W1 et la masse

Résultats attendus : une résistance très importante, au moins égale à 5000Ω/volt, soit 1,9M Ω pour un moteur branché en 380 TRI.

9. MOTEUR ASYNCHRONE MONOPHASE. Le moteur monophasé est de construction analogue au moteur triphasé : - de puissance généralement inférieur à 1 kW. - rendement compris entre 0,45 et 0,7. - le couple de démarrage est de 0,5 à 1,7 fois le couple nominal Un moteur monophasé ne pouvant pas démarrer seul, différents artifices sont utilisés pour le lancer. - démarrage par phase auxiliaire et condensateur - démarrage par phase auxiliaire et résistance… L’inversion du sens de rotation est obtenue par inversion d’une phase. Les condensateurs de démarrage ont une valeur importante, de l’ordre de 35 à 40 F par ampère absorbé par le moteur.

INSPECTION Octobre 2009

CONTROLE ELECTRIQUE D’UN MOTEUR ASYNCHRONE

I. Rappel sur les mesures de résistances Réservoir A

Nous savons qu’un courant électrique est constitué d’un déplacement d’électrons. Ces électrons doivent traverser le conducteur comme l’eau doit traverser les filtres.

Filtres

Conduite encrassée

Récepteur

Réservoir B

Par conséquent, tous les matériaux s’opposent plus ou moins au passage du courant électrique selon leurs natures. Cette opposition au passage du courant électrique se nomme : la RESISTANCE

Vanne

Unité : ohm

Ω

Symbole : R



Plus le nombre de filtres et d’impuretés augmente plus l’eau circule avec difficulté. Cela aura pour conséquence une plus grande résistance au passage du courant électrique



.Quand la résistance est extrêmement élevée (De l’ordre du mégohm : 1 M Ω =

)

On peut considérer qu’il n’y a plus de circulation de courant. On parle d’isolement 

A l’inverse lorsque la résistance est très faible on parle de continuité

Cette mesure de résistance s’effectue avec un multimètre en position ohmmètre Mesure de continuité ou d’isolement d’un circuit électrique simple : Un fil A

A

B

B

On mesure la résistance électrique du fil par ses 2 extrémité A et B

On mesure la résistance électrique du fil par ses 2 extrémité A et B

Si R= 0 que peut on conclure

Si R> 2M que peut on conclure

Le courant circule ou ne circule pas

Le courant circule ou ne circule pas bien

On dit qu’il

On dit qu’il

II. Contrôle électrique du moteur asynchrone Avant de procéder au contrôle d’un moteur, il faut :  Supprimer l’alimentation de la machine,  Repérer et débrancher les fils d’alimentation du moteur,  Enlever les barrettes de couplage. Le contrôle s’effectue en trois étapes : 

Contrôle de continuité des bobinages :

Matériel utilisé : ohmmètre calibré sur une petite échelle, exemple 200Ω. Points de mesure : V2

W1

U2

V1

W2

U1

V2

W1

U2

V1

W2

U1

Ω

U V

Ω

W

Contrôle de l’enroulement U : Entre U1 et U2

V2

W1

U2

V1

W2

U1

Ω

U V

Ω

Contrôle de l’enroulement U : Entre U1 et U2

Ω

U

W

V

W

Contrôle de l’enroulement U : Entre U1 et U2

Résultats attendus : Résistance # 0 Ω Résistance # ∞ Résistances identiques sur les trois bobinages. Une résistance nulle indique un court-circuit. Une résistance infinie indique un bobinage coupé. 

Contrôle d’isolement des bobinages entre eux :

Matériel utilisé : ohmmètre calibré sur une grande échelle, exemple 1MΩ. Points de mesure :

Entre U1 et V1

Entre V1 et W1

Ω

Entre U1 et W1

Résultats attendus : résistance très importante dépassant l’échelle (ici R > 1MΩ) pour les trois mesures.



Contrôle d’isolement entre les bobinages et la masse du moteur :

S’assurer, à l’ohmmètre, que la borne de masse située à l’intérieur de la boite est bien reliée à la masse du moteur : R = 0Ω (attention à la peinture qui isole et fausse la mesure). Matériel utilisé : mégohmmètre électronique ou à magnéto appelé aussi contrôleur d’isolement. Cet appareil délivre une tension de 500V obligatoire pour l’efficacité du contrôle. Points de mesure :

Entre U1 et la masse

Entre V1 et la masse

Entre W1 et la masse

Résultats attendus : une résistance très importante, au moins égale à 5000Ω/volt, soit 1,9M Ω pour un moteur branché en 380 TRI.