Le Moteur Asynchrone Triphasé:

Généralités
Le moteur asynchrone triphasé est
largement utilisé dans l'industrie, sa
simplicité de construction en fait un
matériel très fiable et qui demande peu
d'entretien. Il est constitué d'une partie
fixe, le stator qui comporte le bobinage,
et d'une partie rotative, le rotor qui est
bobiné en cage d'écureuil. Les circuits
magnétiques du rotor et du stator sont
constitués d'un empilage de fines tôles
métalliques pour éviter la circulation de
courants de Foucault.

Principe de fonctionnement
Le principe des moteurs à courants alternatifs réside dans l’utilisation d’un champ
magnétique tournant produit par des tensions alternatives
La circulation d'un courant dans une bobine crée un
champ magnétique B. Ce champ est dans l'axe de la
bobine, sa direction et son intensité sont fonction du
courant I. C'est une grandeur vectorielle.
Si le courant est alternatif, le champ magnétique
varie en sens et en direction à la même fréquence
que le courant.
Si deux bobines sont placées à proximité l'une
de l'autre, le champ magnétique résultant est la
somme vectorielle des deux autres.
Dans le cas du moteur triphasé, les trois bobines sont disposées dans le stator à 120° les
unes des autres, trois champs magnétiques sont ainsi créés. Compte tenu de la nature du
courant sur le réseau triphasé, les trois champs sont déphasés (chacun à son tour passe par
un maximum). Le champ magnétique résultant tourne à la même fréquence que le courant
soit 50 tr/s.
Les 3 enroulements statoriques créent donc un champ magnétique tournant, sa fréquence
de rotation est nommée fréquence de synchronisme. Si on place une boussole au centre,
elle va tourner à cette vitesse de synchronisme.
Le rotor est constitué de barres d'aluminium noyées
dans un circuit magnétique. Ces barres sont reliées à
leur extrémité par deux anneaux conducteurs et
constituent une "cage d'écureuil". Cette cage est en
fait un bobinage à grosse section et très faible
résistance.
Cette cage est balayée par le champ magnétique
tournant. Les conducteurs sont alors traversés par des
courants de Foucault induits. Des courants circulent
dans les anneaux formés par la cage, les forces de
Laplace qui en résultent exercent un couple sur le
rotor. D'après la loi de Lenz les courants induits
s'opposent par leurs effets à la cause qui leur a donné
naissance. Le rotor tourne alors dans le même sens
que le champ mais avec une vitesse légèrement
inférieure à la vitesse de synchronisme de ce dernier.
Le rotor ne peut pas tourner à la même vitesse que le champ magnétique, sinon la cage ne
serait plus balayée par le champ tournant et il y aurait disparition des courants induits et
donc des forces de Laplace et du couple moteur. Les deux fréquences de rotation ne
peuvent donc pas être synchrones d'où le nom de moteur asynchrone.
Prenons l'exemple d'un moteur dont la fréquence de rotation nominale relevée sur la place
signalétique est de 2840 tr/mn, ce moteur étant alimenté en courant de 50Hz, la fréquence
de rotation du champ magnétique est donc de 50 tr/s soit 3000 Tr/mn. Le rotor est donc
balayé par un champ magnétique qui tourne à un fréquence de rotation relative de
3000-2840=160 tr/mn.

Caractéristique du moteur Asynchrone
Le couple varie avec la fréquence de rotation pour le moteur et pour la charge entraînée.
Les caractéristiques du moteur et de la charge se croisent au point de fonctionnement pour lequel les couples moteur et résistant sont identiques

Le bobinage
Les bobines sont logées dans les
encoches du stator. S'il y a une paire de
pôles magnétique pour chacune des trois
phases, la fréquence de synchronisme est
alors de 3000 tr/mn. si on augmente le
nombre de paires de pôles, il est possible
d'obtenir des moteurs avec des fréquences
de rotation différentes.
paire de pôles => 3000 tr/mn
paires de pôles => 1500 tr/m
Le branchement des bobines sur le réseau se fait au niveau
de la plaque à borne située sur le dessus du moteur. On
dispose ainsi de 6 connexions, une pour chacune des
extrémités des trois bobines. Les bornes sont reliées aux
bobines selon le schéma ci-contre.

Branchement étoile ou triangle
Il y a deux possibilités de branchement du moteur au réseau électrique triphasé. Le montage
en étoile et le montage en triangle. Avec un branchement en étoile, la tension aux bornes de
chacune des bobines est d'environ 230V. Dans le montage en triangle, chacune des bobines
est alimentée avec la tension nominale du réseau (400V). On utilise le montage étoile si un
moteur de 230V doit être relié sur un réseau 400V ou pour démarrer un moteur à puissance
réduite dans le cas d'une charge avec une forte inertie mécanique.

Puissance et rendement
La puissance consommée sur le réseau en
triphasé est
Le
du moteur est une caractéristique indiqué
sur la plaque signalétique.

Bilan des puissances

Liaison avec le réseau EDF
Le moteur est relié au réseau par un certain nombre de dispositifs de sécurité et de
commande.
Le sectionneur d'isolement avec fusibles permet de déconnecter le moteur du réseau
pour des opérations de maintenance par exemple. Il protège également le dispositif
en aval contre les risques de court circuit grâce aux fusibles.
Le contacteur permet l'alimenter le moteur avec une commande manuelle ou
automatique avec un automate programmable.
Le relais thermique protège le moteur contre les surcharges de courant, l'intensité
maximale admissible est réglable. Son action différentielle permet de détecter une
différence de courants entre les phases en cas de coupure d'une liaison par exemple.
Le transformateur abaisse la tension secteur à une valeur de 24V pour garantir la
sécurité des utilisateurs sur la partie commande.
Sectionneur
Contacteur
Relais thermique
NB : Pour modifier le sens de rotation d'un moteur asynchrone triphasé, il suffit de
permuter deux des trois phases.

La variation de vitesse
Malgré sa conception ancienne, le moteur asynchrone reste toujours d'actualité car
l'électronique permet maintenant de faire varier sa fréquence de rotation. Pour faire varier
celle-ci, il faut modifier la fréquence de rotation du champ magnétique et donc la fréquence
du courant d'alimentation. Les variateurs de vitesse sont des variateurs de fréquence.
Ils permettent
•Une gamme de vitesses de 5% à 200% de la vitesse
nominale
Une conservation du couple sur toute la gamme de
vitesses
Des rampes d'accélération et de décélération
Deux sens de rotation
La consigne de vitesse est en général fournie sous forme d'une
tension de 0 à 10V par exemple
Une protection du moteur est intégrée au variateur.
Le courant électrique issu du réseau est dans un premier temps converti en courant continu,
il est ensuite reconverti en courant alternatif par un onduleur mais avec une fréquence
différente. Il est ainsi possible de convertir du monophasé en triphasé si c'est nécessaire.
L'onduleur travaille en hacheur, il va
moduler le courant par largeur
d'impulsions (PWM), le courant résultant
est proche d'une sinusoïdale.
Schéma interne d'un variateur
Chaîne d'énergie avec variateur et moteur asynchrone
L'automate programmable industriel (API) de la chaîne d'information envoie une consigne
analogique sous forme d'une tension continue au variateur. Le variateur alimente le moteur
avec une fréquence de courant proportionnelle à cette consigne. L'automate doit être équipé
d'un module de conversion numérique/analogique.