Les moteurs asynchrones constituent la famille de moteurs électriques la plus répandue dans l'industrie et se retrouvent dans la grande majorité des entraînements industriels. Grâce à leur structure simple, leur faible besoin d'entretien et leur caractère robuste, ils sont retenus dans d'innombrables applications telles que les pompes, ventilateurs, convoyeurs, compresseurs et concasseurs. Dans cet article, nous abordons dans le détail technique le principe de fonctionnement des moteurs asynchrones, leurs caractéristiques structurelles et les avantages qui les distinguent des autres types de moteurs.

Principe de fonctionnement du moteur asynchrone

Le moteur asynchrone tire son nom du fait que le rotor tourne toujours un peu plus lentement que le champ magnétique tournant produit par le stator. La tension triphasée appliquée au stator crée un champ magnétique tournant. Ce champ induit un courant dans les barres du rotor et le courant induit crée son propre champ magnétique, produisant ainsi le couple qui fait tourner le rotor. Pour que le rotor tourne, il doit rester en retard par rapport au champ du stator, c'est-à-dire qu'un glissement (slip) doit apparaître : il s'agit d'une nécessité physique ; si le rotor atteignait la vitesse de synchronisme, l'induction cesserait et le couple s'annulerait.

Sur un réseau à 50 Hz, la vitesse de synchronisme dépend du nombre de pôles : 3000 tr/min pour 2 pôles, 1500 tr/min pour 4 pôles, 1000 tr/min pour 6 pôles. La vitesse réelle est légèrement inférieure à ces valeurs en charge, du fait du glissement. Le glissement augmente typiquement avec la charge, de sorte que le moteur répond automatiquement au couple demandé.

Structure du rotor à cage d'écureuil

Le type de moteur asynchrone le plus répandu est celui à rotor à cage d'écureuil. Le rotor se présente sous la forme d'une cage dans laquelle des barres en aluminium ou en cuivre sont court-circuitées aux deux extrémités par des anneaux ; cette structure porte ce nom parce que son aspect extérieur rappelle une cage d'écureuil. Le fait de ne comporter aucune pièce d'usure telle que balais, collecteur ou bagues constitue le plus grand avantage du moteur asynchrone en matière de robustesse. Comme il n'existe pas de point de contact électrique mobile, le besoin d'entretien est minimal et le risque de panne faible.

Caractéristiques structurelles de base

  • Indice de protection IP55 : protection totale contre la poussière, protection contre les projections d'eau ; convient à la plupart des environnements industriels.
  • Isolation de classe F : tenue en température de 155 °C, exploitation sûre à températures ambiantes élevées.
  • Fonctionnement continu S1 : régime permettant un fonctionnement sans interruption à la charge nominale.
  • Tension/fréquence : standard triphasé 400V / 50Hz.
  • Carter : en aluminium (léger) ou en fonte (industrie lourde, tenue aux vibrations) selon l'application.

Les moteurs asynchrones AC que nous fournissons offrent une large gamme de puissances et de vitesses, de 0,55 kW à 355 kW, avec des options 2/4/6 pôles.

De quelle ampleur est la réduction des pertes au passage de IE1 à IE3

Le rendement des moteurs asynchrones est classé de IE1 à IE5 selon la norme IEC 60034-30-1. Le choix d'une classe de rendement élevée réduit directement le coût d'exploitation des moteurs qui fonctionnent en continu. Par exemple, un moteur de classe IE3 réduit sensiblement les pertes par rapport à un IE1 ; dans une installation qui fonctionne des milliers d'heures par an, cet écart se traduit par une économie d'énergie importante. Plus la classe de rendement s'élève, plus les pertes dans le bobinage et le fer diminuent, moins le moteur s'échauffe et plus sa durée de vie s'allonge.

Caractéristique de couple et de vitesse

Les moteurs asynchrones possèdent une large courbe couple-vitesse. Ils peuvent produire au démarrage un couple de démarrage atteignant plusieurs fois le couple nominal ; cela constitue un avantage pour les applications qui démarrent en charge. En modifiant le nombre de pôles, on obtient différents équilibres vitesse-couple à puissance égale : les moteurs à basse vitesse (6 pôles) offrent un couple élevé, les moteurs à haute vitesse (2 pôles) un couple plus faible. Cette souplesse est l'une des raisons fondamentales de la si large diffusion des moteurs asynchrones.

Avantages

  • Structure simple et robuste, faible taux de panne
  • Entretien minimal du fait de l'absence de pièces d'usure
  • Facilité de raccordement direct au réseau
  • Large choix de puissances et de vitesses
  • Aptitude au contrôle de vitesse variable par variateur de fréquence
  • Longue durée de vie et faible coût d'exploitation

Contrôle de vitesse et compatibilité avec le variateur

Ils peuvent être exploités à vitesse fixe, mais les moteurs asynchrones peuvent aussi être entraînés à vitesse variable par un variateur de fréquence (VFD). L'entraînement par variateur assure à la fois un démarrage progressif et, dans les applications de pompage et de ventilation, une importante économie d'énergie du fait des lois de similitude. Comme la consommation de puissance diminue proportionnellement au cube de la vitesse lorsque celle-ci est réduite, l'utilisation d'un variateur apporte un rendement élevé dans les systèmes à débit variable. Cette compatibilité place les moteurs asynchrones au centre des systèmes d'automatisation modernes.

Différence avec le moteur synchrone

La caractéristique fondamentale qui distingue le moteur asynchrone du moteur synchrone est le retard du rotor par rapport au champ tournant. Dans les moteurs synchrones, le rotor tourne exactement à la même vitesse que le champ magnétique tournant et cela nécessite une excitation supplémentaire (aimant ou alimentation DC). Dans le moteur asynchrone, le courant rotorique se forme en revanche par induction, c'est-à-dire selon la logique du transformateur ; il n'est donc pas nécessaire de disposer d'une alimentation rotorique séparée ni d'un aimant permanent. Cette différence rend le moteur asynchrone plus simple, moins coûteux et plus robuste. Alors que les moteurs synchrones se distinguent dans les applications particulières exigeant une vitesse constante et un facteur de puissance élevé, le moteur asynchrone est la solution répandue des entraînements industriels à usage général.

Glissement et comportement en charge

Le glissement est la clé pour comprendre le comportement du moteur asynchrone en charge. À vide, le glissement est très faible et la vitesse est proche de la vitesse de synchronisme. À mesure que la charge augmente, le rotor ralentit un peu, le glissement augmente et le moteur produit davantage de couple. Sur un moteur asynchrone typique, le glissement à pleine charge se situe dans la plage de 2 à 5 %. En surcharge, lorsque le glissement dépasse sa valeur critique, le couple commence à diminuer et le moteur peut caler ; ce point de « couple de décrochage » est une limite prise en compte dans le choix du moteur. Un moteur choisi à la bonne puissance fonctionne dans la zone stable, loin de cette limite, sur la plage de charge attendue.

Protection thermique et exploitation en sécurité

Pour que le moteur asynchrone fonctionne longtemps, la température du bobinage doit être maintenue sous contrôle. Une surcharge, une perte de phase ou un refroidissement insuffisant peuvent porter la température du bobinage à des niveaux dangereux. C'est pourquoi les moteurs sont protégés par une thermistance PTC, un relais thermique ou un disjoncteur de protection moteur. Le relais de protection de phase met le moteur hors circuit en cas de perte d'une des trois phases et évite ainsi la destruction du bobinage que provoquerait un fonctionnement sur deux phases. Ces mesures de protection abaissent encore le taux de panne déjà faible du moteur asynchrone et permettent une production sans interruption.

Si une station de compresseurs doit être installée, le côté machine est déterminant

Les moteurs asynchrones sont utilisés dans les pompes à eau, les ventilateurs centrifuges, les convoyeurs à bande, les compresseurs d'air, les concasseurs, les mélangeurs et d'innombrables applications de machines-outils. Pour chaque application, le choix du bon nombre de pôles, de la puissance, du type de montage (B3/B5/B14) et de la classe de rendement détermine la performance. Depuis notre stock basé à İzmir, nous fournissons des moteurs asynchrones dans une large plage de puissances avec une expédition rapide et nous apportons un support technique pour le choix du modèle adapté à votre application. Vous pouvez consulter notre large gamme de produits et des contenus techniques complémentaires depuis notre page d'accueil. Un moteur asynchrone bien choisi apporte de la valeur à l'entreprise pendant des années, avec un entretien réduit et un faible coût énergétique.