1. Objectifs visés
Les moteurs à cage et les moteurs à rotor bobiné court – circuit ont des caractéristiques comparables. Un procédé de démarrage direct aurait pour conséquence :
- de provoquer un appel de courant important
- de fournir un couple réduit au décollage.
Lorsqu’il est nécessaire d’avoir un couple important au démarrage, ou quand on craint que l’à – coup de courant au démarrage ait des répercussions sur le fonctionnement normal des autres récepteurs branchés sur le même réseau, on abandonne les avantages du moteur à rotor à cage ( robustesse, simplicité du moteur et de son appareillage), pour utiliser le moteur à rotor bobiné avec rhéostat de démarrage.
Cela convient notamment dans les cas où les démarrages sont fréquents ou lents, car l’énergie dissipée pendant les démarrages est en grande partie dégagée par le rhéostat et non par le rotor.
2. Matériels (Équipements et matière d'œuvre) par équipe:
a) Équipements
b) Matière d'œuvre
3. Description
Le stator de ces moteurs est aussi à enroulements triphasés à 2ppôles qui peuvent encore être couplés étoile ou triangle suivant la tension du réseau. Les enroulements du rotor, en étoile, ont un même nombre de pôles pour éviter de brusques variations de flux. Le rotor se comporte comme le secondaire d’un transformateur et débite, par l’intermédiaire de bagues et balais des courants vers les résistances extérieures, au démarrage ou en réglage de vitesse.
Lorsque le stator est alimenté, le champ tourne dans ce dernier à la vitesse de synchronisme, alors que les conducteurs du rotor sont encore en repos. La fréquence des courants dans le rotor est la même que celle du réseau et la réactance Lωdu rotor a une valeur très grande si on la compare à sa résistance R. Quand le rotor est fermé en court – circuit, comme c’est le cas pour les moteurs à cage, les courants rotoriques sont décalés sur les forces électromotrices, le facteur de puissance de ces courants est voisin de 0 et la puissance active qu’ils développent est presque nulle malgré un appel de courant important sur le réseau.
cos ϕ= R / √R²+ (Lω)²
Pour remédier à cet inconvénient il faut augmenter R; pour cela on intercale les résistances d’un rhéostat de démarrage dans le circuit du rotor.
Ce procédé de démarrage a le double résultat d’augmenter le couple et de diminuer l’intensité. Le moteur se comportant comme un transformateur la relation entre courants primaire et secondaire peut s’appliquer :
I1d= m I2d avec
m = U2/ U1
Le courant secondaire dépend uniquement de la résistance secondaire Rd, la résistance rotorique au décollage :
I2d= U2/ Rd
Il en est de même pour le courant en ligne I1d:
I1d= U22/ U1 Rd
Le moteur s’accélérant, I1d décroît, il est alors possible de ramener la résistance rotorique jusqu’à sa valeur limite égale à la résistance de l’enroulement rotorique.
Pour le calcul de rhéostat, on procède comme pour le moteur shunt à courant continu. En premier lieu, on se fixe une valeur minimale du couple, au dessous de laquelle on ne doit pas descendre, au cours du démarrage, pour que celui-ci soit suffisamment rapide; généralement, on choisit pour cette valeur le couple nominal Cn du moteur.
Ensuite, on se donne la valeur maximale du couple, à ne pas dépasser, pour que le courant ne prenne, à aucun moment, une valeur excessive ; le plus souvent, cette valeur Cm est environ le double du couple nominal, soit Cm ≅2 Cn.
Au décollage (g = g0= 1), il faudra que la résistance totale d’un des enroulements rotoriques ait une valeur convenable R1qu’il s’agit de calculer de manière que Cait la valeur 2 Cn. Alors que le moteur démarre, accélère, le glissement diminue et se fixe à une valeur g1tandis que le couple prend la valeur Cn.
Pour calculer les résistances successives R1, R2, R3… et accessoirement les glissements g1, g2, g3, …, il suffit de se rapporter à l’expression générale du couple.
De cette relation, on peut déduire les deux règles d’application suivantes :
- A tension d’alimentation constante, le couple ne change pas pour des valeurs égales de la résistance R’ = R / g;
- En marche normale, le couple est pratiquement proportionnel au glissement .
Soit n le nombre de plots du rhéostat (fig. 1), comme le couple est proportionnel
au glissement, on a la relation :
Cm/ Cn= gn-1/ gn= k
Connaissant la résistance du rotor Rn, on peut déterminer les résistances globales sur les différents plots :
Rn= Rn-1gn/ gn-1= Rn-1/ k
On en déduit les résistances des n - 1 sections.
a) Branchement des résistances b) Courbes de démarrage
Calcul de la valeur des résistances de démarrage
Fig. 1
Le stator du moteur étant alimenté directement par leréseau (pleine tension), les résistances insérées en série dans le circuit rotorique sont progressivement éliminées (court – circuitage) au fur est à mesure de la montée en vitesse du moteur.
Les caractéristiques techniques (fig. 1) sont rigoureusement définies par les valeurs successives de la résistance rotorique. Il est important de noter que pour un couple donné, la vitesse est d’autant plus faible que la résistance est élevée.
Le courant varie sensiblement de la même façon que le couple.
a) I = f (n); b) T = f (n)
Caractéristiques techniques
Fig. 1
Ce procédé de démarrage extrêmement souple (possibilité d’ajuster la valeur et le nombre des résistances) convient pour les machines démarrant à pleine charge et dans les cas où les pointes de courant doivent être de faible amplitude.
4. Démarrage semi-automatique, un sens de marche
Schéma du circuit de puissance
L1, L2, L3 : arrivée du réseau triphasé
Q1 : sectionneur porte-fusibles tripolaire équipé avec 2 contacts à fermeture
KM1 : contacteur tripolaire de ligne, équipé avec deux contacts à fermeture
KM11 : contacteur tripolaire de fin de premier temps
KM12 : contacteur tripolaire de fin de second temps, à un contact à ouverture
F2 : relais de protection thermique à un contact à ouverture
F3 : relais de protection thermique à un contact à ouverture (facultatif, assure la
protection des résistances contre les démarrages trop fréquents ou incomplets)
M3 ~ ∆: moteur asynchrone triphasé à rotor bobiné
Le circuit de puissance est protégé contre les court-circuitspar les fusibles du type aM intégrés au sectionneur tripolaire et contre les surintensitéspar le relais thermique dont le calibre est égal à In.
Schéma du circuit de commande
L1, L3 : arrivée du réseau triphasé
Q1 : sectionneur porte-fusibles tripolaire équipé avec 2 contacts à fermeture
KM1 : contacteur tripolaire de ligne, équipé avec deux contacts à fermeture
KM11 : contacteur tripolaire de fin de premier temps
KM12 : contacteur tripolaire de fin de second temps, à un contact à ouverture
F2 : relais de protection thermique à un contact à ouverture
F3 : relais de protection thermique à un contact à ouverture (facultatif, assure la
protection des résistances contre les démarrages trop fréquents ou incomplets)
KA1 : relais auxiliaire (ou contacteur auxiliaire) 1er
temps à un contact à fermeture
temporisé au travail
KA2 : relais auxiliaire (ou contacteur auxiliaire) 2e
temps à un contact à fermeture
temporisé au travail
F1 : fusible
S1 : boutons-poussoirs à ouverture et à retour automatique
S2 : boutons-poussoirs à fermeture et à retour automatique
Le circuit de commande est protégé par le fusible F1 et isolé de toute alimentation par le sectionneur Q1.
Les équations mettent en évidence :
KM1 = Q1 . F2 . F3 . S1 . (S2 + KM11)
KM11 = Q1 . KM12.
KA1
KM12 = Q1 . KM12 .
KA2
KA1 = Q1 . F2 . F3 . S1 (S2 + KM11)
KA2 = Q1 . KM12.
KA1
F3 = Q1 . KM12. KM122
M = KM1
______ contacts temporisés
Le fonctionnement du schéma est illustré par le diagramme ci-dessous où figurent :
- les capteurs S1 et S2 ,
- les organes de commande des actionneurs KM1, KM11, KM12
- le relais de temporisation KA1, KA2
- le moteur M.
diagramme
