O Rodrigue G - Machine asynchrone

La machine asynchrone, connue également sous le terme « anglo-saxon » de machine à induction, est une machine électrique à courant alternatif sans connexion entre le stator et le rotor. Les machines possédant un rotor « en cage d'écureuil » sont aussi connues sous le nom de machines à cage ou machines à cage d'écureuil.

Le terme asynchrone provient du fait que la vitesse de ces machines n'est pas forcément proportionnelle à la fréquence des courants qui les traversent.

Présentation

La machine se compose de deux pièces principales :

Le stator est relié au réseau ou à un variateur de vitesse.

Le rotor est constitué de conducteurs en court-circuit qui sont parcourus par des courants induits par le champ magnétique créé par les courants statoriques. C'est la principale différence avec une machine synchrone, laquelle a un rotor avec un champ magnétique provenant d'aimants permanents ou de bobines alimentées en courant continu.

Glissement d'une machine asynchrone

On désigne par $n_s ,$ la fréquence de rotation du champ statorique dans la machine.
On désigne par $n ,$ la fréquence de rotation de la machine.

La fréquence de synchronisme est toujours un sous-multiple entier de la fréquence du secteur

En 50 Hz c'est un sous-multiple de 3000 tr/min, soit : 3000 ; 1500 ; 1000 ; 750 ; etc.
En 60 Hz c'est un sous-multiple de 3600 tr/min, soit : 3600 ; 1800 ; 1200 ; 900 ; etc.

Soit $p ,$ le nombre de paires de pôles de la machine et $f ,$ la fréquence de l'alimentation. On a :

$n_s = frac fp,$ en tr/s ou $n_s = frac {60 f}{p},$ en tr/min.

Le glissement correspond à la différence de vitesse entre le rotor et le champ statorique exprimée sous la forme d'un pourcentage de la fréquence de rotation.

$n_s - n = g cdot n_s ,$ , soit $g = frac{n_s-n}{n_s} ,$

Le glissement peut aussi être calculé à partir des vitesses angulaires

$g = frac{omega_s-omega}{omega_s} ,$ avec :

$omega_s ,$ la vitesse angulaire de synchronisme du champ statorique dans la machine.
$omega ,$ la vitesse angulaire de rotation de la machine.

Bilans de puissance

Bilan de puissance de la machine fonctionnant en moteur

On utilise les notations suivantes :

$P_a ,$ : puissance absorbée ou puissance électrique fournie à la machine
$P_u ,$ : puissance utile ou puissance mécanique transmise à la charge

Les pertes sont généralement notées en minuscule :

$p_{Js} ,$ : pertes par effet Joule dans le bobinage du stator
$p_{fs} ,$ : pertes dans le fer du stator
$p_{Jr} ,$ : pertes par effet Joule dans le cuivre (barres + anneaux) du rotor
$p_{fr} ,$ : pertes dans le fer du rotor. Très souvent, on fait l’hypothèse qu’elles sont négligeables car ces dernières dépendent de la fréquence des courants qui induisent le champ magnétique dans le fer. Or la fréquence des courants dans le rotor ( $gf ,$ ), lors du fonctionnement normal de la machine alimentée en régime sinusoïdal de courant, est très faible. Néanmoins il faut parfois en tenir compte lorsque la machine est alimentée par un onduleur ou dans certains types de fonctionnement à fort glissement.
$p_m ,$ : pertes mécaniques

Le schéma ci-dessous représente la transmission de la puissance à travers la machine :

bilan

$P_{tr} = P_a - p_{Js} - p_{fs} ,$ est la puissance transmise au rotor

On peut vérifier que $p_{Jr} = g . P_{tr} ,$ , d'où $P_u = (1 - g) P_{tr} - p_m ,$ si l'on néglige $p_{fr} ,$ .

Bilan de puissance de la machine fonctionnant en génératrice

Par rapport au cas précédent, la puissance utile devient la puissance électrique fournie au réseau et la puissance mécanique est la puissance absorbée.

$P_a ,$ : puissance absorbée = puissance mécanique fournie à la machine,
$P_u ,$ : puissance utile = puissance électrique transmise au réseau.

Les pertes sont les mêmes que pour le fonctionnement en moteur.