Principe de fonctionnement

Le moteur asynchrone triphasé est l'un des moteurs électriques les plus utilisés dans l'industrie en raison de sa robustesse, de son faible coût et de son entretien réduit.

Son fonctionnement repose sur la création d'un champ magnétique tournant dans le stator, qui entraîne le rotor en rotation. Ce champ est produit par trois enroulements électriques, décalés de 120° et alimentés par un courant alternatif triphasé.

Le terme asynchrone signifie que la vitesse du rotor n'est jamais exactement égale à celle du champ magnétique tournant du stator. Cette différence de vitesse est appelée : glissement.

Ce moteur est composé de plusieurs éléments essentiels :

  • Le stator : c'est la partie fixe du moteur, constituée d'une carcasse métallique où à l'intérieur des enroulements de fils sont placés dans des encoches. Ils génèrent le champ magnétique tournant.
  • Le rotor : c'est la partie mobile au centre du moteur, qui tourne sous l'effet du champ magnétique. Il peut être à cage d'écureuil ou bobiné (rotor à bagues).
  • La plaque signalétique : elle fournit les caractéristiques techniques du moteur, comme la tension nominale, le courant absorbé, la puissance mécanique utile (Pu) en sortie, la vitesse nominale de rotation (Nr).

La vitesse de synchronisme est donnée par la formule :

$\mathrm{Ns} = (60 \times f) / p$,

où : $\mathrm{Ns} = $ vitesse de synchronisme en tours par minute (tr/min) ;
$f = $ fréquence du réseau ;
$p = $ nombre de paires de pôles ;

Le glissement est calculé par : $g = ((\mathrm{Ns} - \mathrm{Nr}) / \mathrm{Ns}) \times 100$.

Grandeurs caractéristiques

La puissance absorbée (Pa) d'un moteur électrique asynchrone triphasé est l'énergie électrique fournie au moteur pour fonctionner. Elle est donnée par la formule : $\mathrm{Pa} = \mathrm{U} \cdot \mathrm{I} \cdot \sqrt{3} \cdot \cos \varphi$.

Pa : puissance absorbée, dite « électrique », en Watts. C'est l'énergie que le moteur reçoit du réseau électrique.

U : tension entre phases en volts (V), c'est la différence de potentiel appliquée au moteur.

I : courant électrique en ampères (A), c'est l'intensité du courant circulant dans le moteur.

$\sqrt{3}$ : facteur utilisé pour les moteurs triphasés, car un système triphasé a une relation particulière entre ses tensions de ligne et de phase.

cos φ : facteur de puissance, issu du déphasage tension-courant dû aux enroulements du moteur.

Pour passer de la puissance mécanique* (utile) à la puissance électrique (absorbée) nécessaire, et vice-versa, il ne faudra donc pas oublier le rendement du moteur $r = \mathrm{Pu} / \mathrm{Pa}$

(*rappel du module transmission de puissance mécanique : $\mathrm{Pu} = \mathrm{C} \cdot \Omega$)

Démarrage du moteur

Différentes méthodes sont utilisées lorsque l'on démarre un moteur électrique asynchrone, certaines ayant pour effet de limiter l'appel de courant :

  • Démarrage direct : le moteur est directement alimenté par le réseau, ce qui entraîne une forte pointe d'intensité.
  • Démarrage étoile-triangle : il est utilisé pour limiter le courant de démarrage, en passant d'un couplage étoile à un couplage triangle après quelques secondes.
  • Démarrage par résistances rotoriques : il est réservé aux moteurs à rotor bobiné, ce procédé permet un démarrage progressif.
  • Démarrage par variateur de vitesse électronique : il régule la tension et principalement la fréquence pour un démarrage doux.

Freinage

Le freinage d'un moteur asynchrone est essentiel pour contrôler l'arrêt des machines. Il existe plusieurs méthodes :

  • Freinage par contre-courant : on inverse deux phases du moteur pour créer un couple opposé.
  • Freinage par injection de courant continu : on injecte du courant continu dans le stator pour générer un champ magnétique fixe, freinant ainsi le rotor.
  • Freinage mécanique : on utilise un électrofrein (à disque) pour bloquer l'axe du moteur.

Protections du moteur

Les moteurs asynchrones doivent être protégés contre les surintensités et la surchauffe. Les principaux dispositifs de protection sont :

  • Les fusibles : ils coupent le circuit en cas de court-circuit (fortes surintensités).
  • Les relais thermiques : ils protègent contre les surcharges prolongées (faibles surintensités) et les absences de phase.
  • Les sondes thermiques : elles détectent les élévations anormales de température dans les bobinages.