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 le glissement.
Composants essentiels du moteur
- Stator : partie fixe du moteur, constituée d'une carcasse métallique o&ure_grave ; à l'intérieur des enroulements de fils sont placés dans des encoches. Ils génèrent le champ magnétique tournant.
- Rotor : 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).
- Plaque signalétique : elle fournit les caractéristiques techniques du moteur, comme la tension nominale, le courant absorbé, la puissance mécanique utile ($P_u$) en sortie, et la vitesse nominale de rotation ($N_r$).
Formules de vitesse et de glissement
La vitesse de synchronisme ($N_s$) est donnée par la formule :
$$N_s = \frac{60 \times f}{p}$$
Paramètres
- $N_s$ : vitesse de synchronisme en tours par minute (tr/min)
- $f$ : fréquence du réseau (Hz)
- $p$ : nombre de paires de pôles
Le glissement ($g$) est calculé par :
$$g = \frac{N_s - N_r}{N_s} \times 100$$
Grandeurs caractéristiques
La puissance absorbée ($P_a$) d'un moteur électrique asynchrone triphasé est l'énergie électrique fournie au moteur pour fonctionner. Elle est définie par la relation suivante :
$$P_a = U \cdot I \cdot \sqrt{3} \cdot \cos \varphi$$
| Symbole | Grandeur physique | Unité | Description |
|---|---|---|---|
| $P_a$ | Puissance absorbée (ou électrique) | Watt (W) | Énergie que le moteur reçoit du réseau électrique. |
| $U$ | Tension entre phases | Volt (V) | Différence de potentiel appliquée au moteur. |
| $I$ | Courant électrique | Ampère (A) | Intensité du courant circulant dans le moteur. |
| $\sqrt{3}$ | Facteur triphasé | Sans unité | Lie les tensions de ligne et de phase dans un système triphasé. |
| $\cos \varphi$ | Facteur de puissance | Sans unité | Issu du déphasage tension-courant dû aux enroulements du moteur. |
Rendement et puissance utile
Pour passer de la puissance mécanique utile ($P_u$) à la puissance électrique absorbée ($P_a$), on applique le rendement ($r$) :
$$r = \frac{P_u}{P_a}$$
Rappel de transmission mécanique La puissance utile mécanique est calculée par :
$$P_u = C \cdot \Omega$$
Où $C$ est le couple mécanique et $\Omega$ est la vitesse de rotation en rad/s.
Démarrage du moteur
Différentes méthodes permettent de démarrer un moteur asynchrone, notamment pour limiter l'appel de courant :
- Démarrage direct : Alimentation directe par le réseau, entraînant une forte pointe d'intensité.
- Démarrage étoile-triangle : Limite le courant de démarrage en commutant du couplage étoile au couplage triangle après quelques secondes.
- Démarrage par résistances rotoriques : Réservé aux moteurs à rotor bobiné, permettant un démarrage progressif.
- Démarrage par variateur de vitesse : Régule la tension et la fréquence pour un démarrage doux.
Freinage
Le freinage permet de contrôler l'arrêt de la machine grâce à plusieurs méthodes :
- Freinage par contre-courant : Inversion de deux phases pour créer un couple opposé au mouvement.
- Freinage par injection de courant continu : Injection de courant continu dans le stator pour créer un champ magnétique fixe qui immobilise le rotor.
- Freinage mécanique : Utilisation d'un électrofrein à disque pour bloquer l'arbre de transmission.
Protections du moteur
Afin d'assurer la sécurité face aux surcharges et surtensions, divers dispositifs sont employés :
- Fusibles : Coupent le circuit en cas de court-circuit (fortes surintensités).
- Relais thermiques : Protègent contre les surcharges prolongées (faibles surintensités) et l'absence d'une phase.
- Sondes thermiques : Mesurent directement les élévations de température au cœur des bobinages.
