Qu'est-ce qu'un moteur asynchrone triphasé ? Structure, types et applications

Un moteur asynchrone triphasé est un moteur électrique dans lequel le champ magnétique tournant créé par un stator alimenté en triphasé induit un courant dans les conducteurs du rotor et le fait tourner. Le rotor ne rattrape jamais tout à fait ce champ ; il tourne un peu en dessous de la vitesse de synchronisme, et cet écart s'appelle le glissement. Par exemple, sur un réseau 50 Hz, un moteur 4 pôles a une vitesse de synchronisme de 1500 tr/min, alors que le DRG-112M-4 (4 kW) tourne à 1450 tr/min à pleine charge ; le glissement est d'environ 3,3 %. Sa construction est simple (stator, rotor à cage d'écureuil, deux roulements, ventilateur et boîte à bornes) et, sans balais ni collecteur, il est l'entraînement standard de l'industrie pour les pompes, ventilateurs, compresseurs et convoyeurs.

Le terme « asynchrone » vient de ce décalage de vitesse, et « triphasé » du mode d'alimentation ; sur le terrain, on parle aussi de moteur à induction. Plutôt que de répéter la définition générale, cet article traite le moteur triphasé avec les données du catalogue : glissement calculé à partir de valeurs réelles, différences de carcasse et de roulements selon la puissance, lecture de la plaque signalétique et étapes de choix. Pour 120 modèles filtrables par puissance, vitesse et carcasse, consultez notre page Acheter un moteur électrique en ligne. Pour le principe général et les types de rotor, notre article Qu'est-ce qu'un moteur asynchrone, et pour les versions monophasées Qu'est-ce qu'un moteur asynchrone monophasé ?, peuvent aussi être lus.

Comment fonctionne un moteur asynchrone triphasé ?

Le stator comporte trois groupes d'enroulements décalés de 120° les uns par rapport aux autres. Lorsqu'on applique à ces enroulements trois tensions de phase également décalées de 120° dans le temps, le champ de chaque enroulement pulse séparément, mais leur somme forme un champ magnétique unique qui tourne à amplitude et vitesse constantes. C'est la caractéristique essentielle qui distingue le moteur triphasé du moteur monophasé : le champ tournant se forme de lui-même, sans enroulement auxiliaire ni condensateur pour le démarrage.

Le champ tournant coupe les barres du rotor et y induit une tension. Comme les barres sont reliées aux deux extrémités par des anneaux de court-circuit, cette tension produit un courant rotorique important ; un conducteur parcouru par un courant dans un champ magnétique subit une force, et le rotor se met à tourner dans le sens du champ. Si le rotor atteignait la vitesse de synchronisme, le champ ne couperait plus les barres, et courant et couple s'annuleraient. C'est pourquoi un moteur asynchrone ne produit de couple qu'avec du glissement ; quand la charge augmente, le glissement augmente, le moteur ralentit légèrement et absorbe davantage de courant.

Le sens du champ tournant dépend de l'ordre des phases. Inverser deux phases quelconques du câble d'alimentation inverse le champ et le moteur ; détails dans notre article Pourquoi un moteur électrique tourne-t-il à l'envers ?

Comment calculer la vitesse de synchronisme et le glissement ?

La vitesse de synchronisme dépend de la fréquence du réseau et du nombre de pôles : ns = 120 · f / p (f : Hz, p : nombre de pôles). À 50 Hz, on obtient 3000 tr/min pour 2 pôles, 1500 pour 4 pôles, 1000 pour 6 pôles et 750 tr/min pour 8 pôles. Le glissement se calcule par s = (ns − n) / ns, n étant la vitesse nominale de la plaque. La fréquence du courant rotorique vaut f₂ = s · f et ne dépasse pas quelques hertz à pleine charge.

Le tableau permet deux constats. D'abord, à puissance égale (11 kW), le glissement augmente avec le nombre de pôles. Ensuite, le glissement diminue nettement quand la puissance augmente : le moteur de 0,25 kW tourne 160 tr/min en dessous du synchronisme, celui de 250 kW seulement 10 tr/min. Exemple de calcul : pour le DRG-160L-6, s = (1000 − 970) / 1000 = 0,03, soit 3 % ; la fréquence rotorique vaut 0,03 × 50 = 1,5 Hz. Les modèles triphasés de notre boutique sont à 2, 4 et 6 pôles ; les moteurs 8 pôles (750 tr/min) ne font pas partie de cette gamme.

Structure et composants d'un moteur asynchrone triphasé

• Stator : l'enroulement triphasé est logé dans les encoches d'un paquet de tôles magnétiques fines et isolées. Les extrémités des enroulements sortent à la boîte à bornes sous forme de six bornes (U1, V1, W1, U2, V2, W2), ce qui permet le couplage étoile ou triangle.
• Rotor : sur les moteurs standards, il est à cage d'écureuil ; des barres d'aluminium sont coulées dans les encoches du paquet de tôles et reliées aux extrémités par des anneaux de court-circuit. Aucune connexion extérieure n'arrive au rotor.
• Arbre et roulements : le rotor est porté par deux roulements logés dans les flasques avant et arrière. La taille des roulements augmente avec la carcasse (tableau ci-dessous).
• Ventilateur et capot : le ventilateur monté sur l'arbre souffle l'air sur la carcasse à ailettes pour refroidir le moteur ; le capot sert aussi de protection.
• Boîte à bornes : le câble d'alimentation entre par un presse-étoupe, le couplage se choisit avec des barrettes, et la vis de mise à la terre s'y trouve.
• Carcasse et pattes/bride : la carcasse peut être en aluminium ou en fonte ; la fixation à pattes (B3) ou à bride (B5) détermine le montage.

Sur les petites carcasses, « ZZ » dans la référence du roulement désigne un roulement à flasques métalliques des deux côtés, et « C3 », présent sur tous les modèles, un jeu interne supérieur au jeu normal. Le numéro de carcasse (71, 112, 160…) correspond aussi à la hauteur d'axe au-dessus de la base des pattes (mm) ; pour l'entraxe des trous de fixation, voir notre article Cotes moteur B3 : entraxe des trous de pattes.

Types de moteurs asynchrones triphasés

Selon le rotor : cage d'écureuil et rotor bobiné

Le moteur à cage d'écureuil ne comporte aucune pièce frottante à entretenir et équipe la quasi-totalité des applications courantes. Dans le moteur à rotor bobiné (à bagues), l'enroulement rotorique est relié à des résistances extérieures par des bagues et des balais ; on le rencontre dans d'anciennes installations à démarrage très lourd, et ce besoin est aujourd'hui couvert en grande partie par un moteur à cage associé à un variateur de fréquence. Tous les produits DRG sont à rotor à cage.

Selon la carcasse : aluminium et fonte

Sur les 120 modèles de notre boutique, 38 ont une carcasse aluminium (0,25–11 kW) et 82 une carcasse fonte (0,55–355 kW) ; trois modèles forment une série compacte. La carcasse aluminium est légère et avantageuse en petite puissance pour la manutention, le montage à bride et l'intégration dans les machines. La carcasse fonte est plus rigide ; elle est préférée dans les environnements vibrants, poussiéreux ou exposés aux chocs, et en forte puissance.

Selon le montage : B3, B5, B35, B14

B3 désigne le montage horizontal à pattes, B5 le montage à grande bride, B35 la combinaison pattes et bride, et B14 une petite bride à trous taraudés. B5 ou B14 s'utilise sur les machines fixées directement par bride, comme les pompes et réducteurs, et B3 pour un accouplement sur châssis.

Comment lire la plaque signalétique d'un moteur ?

La plaque contient toutes les informations nécessaires pour raccorder et protéger correctement le moteur. Exemple avec les valeurs du catalogue du DRG-112M-4 :

• Puissance : 4 kW (5,5 HP). C'est la puissance mécanique disponible sur l'arbre ; la puissance absorbée sur le réseau est plus élevée.
• Tension : 400/690 V (Δ/Y). Sur un réseau 380–400 V, il se couple en triangle. Sur nos modèles de moins de 4 kW, la plaque indique 230/400 V (Δ/Y) et le moteur se couple en étoile sur 380 V. Cette différence détermine aussi si le démarrage étoile-triangle est possible.
• Courant : 8,37 A sous 380 V, 7,95 A sous 400 V. Quand la tension augmente, le courant diminue pour la même puissance ; en couplage étoile sous 690 V, le courant vaut environ 7,95 × 400 / 690 ≈ 4,6 A.
• Vitesse nominale : 1450 tr/min ; on en déduit le glissement.
• cos φ : 0,82. Il indique la part de puissance réactive absorbée sur le réseau et sert au calcul de la compensation.
• Couples du catalogue : couple nominal 26,3 Nm (T = 9550 · P / n = 9550 × 4 / 1450 ≈ 26,3 Nm), rapport couple de démarrage Ts/Tn = 2,2, rapport couple maximal Tmax/Tn = 2,3, rapport courant de démarrage Is/In = 7,8. Au démarrage, on attend donc environ 8,37 × 7,8 ≈ 65,3 A et 2,2 × 26,3 ≈ 57,9 Nm.

Vous pouvez vérifier la section de câble pour le courant de la plaque avec notre Calculateur de section de câble moteur et les courants des autres puissances avec le Tableau des courants moteur.

Où utilise-t-on les moteurs asynchrones triphasés ?

On les trouve dans tout site disposant d'un réseau triphasé, sur presque toute machine nécessitant un mouvement de rotation à vitesse fixe ou réglée par variateur de fréquence. Le choix de la vitesse dépend de l'application :

• 3000 tr/min (2 pôles) : pompes centrifuges, surpresseurs et ventilateurs rapides, meuleuses et certains compresseurs.
• 1500 tr/min (4 pôles) : convoyeurs et bandes, entraînements avec réducteur, compresseurs à vis, mélangeurs, construction de machines en général. C'est la vitesse la plus courante sur le terrain.
• 1000 tr/min (6 pôles) : concasseurs, broyeurs, ventilateurs de grand diamètre et charges demandant plus de couple à puissance égale. Le couple nominal du DRG-160L-6 est de 108,3 Nm, contre 35,7 Nm pour le DRG-160M1-2 de même puissance (11 kW).

Pompes d'irrigation agricole, centrales à béton, installations de concassage, systèmes de ventilation, machines agroalimentaires et textiles sont des applications typiques de ces moteurs. Si l'application exige une vitesse variable, le moteur est piloté par un variateur de fréquence ; le refroidissement à basse vitesse est alors évalué séparément.

Liste de contrôle pour choisir un moteur triphasé

• Puissance : déterminez la puissance à l'arbre demandée par la machine ; en remplacement, partez de la puissance de la plaque.
• Vitesse : choisissez 2, 4 ou 6 pôles selon la vitesse de la machine, en tenant compte du rapport de courroie ou de réducteur.
• Réseau et couplage : sur un réseau 380–400 V, un moteur 230/400 V se couple en étoile et un moteur 400/690 V en triangle ; si un démarrage étoile-triangle est nécessaire, choisissez un modèle 400/690 V.
• Conditions de démarrage : pour les charges à démarrage lourd, vérifiez les valeurs Ts/Tn et Is/In du catalogue.
• Carcasse et montage : le numéro de carcasse IEC, le diamètre d'arbre et le montage B3/B5/B35/B14 doivent correspondre à la machine existante.
• Matériau et environnement : aluminium si la légèreté compte, fonte en environnement sévère et en forte puissance.
• Protection et câble : choisissez relais thermique, fusible et section de câble d'après le courant de la plaque ; notre page Outils de calcul moteur électrique couvre ces calculs.

Exemples de moteurs asynchrones triphasés de notre boutique en ligne

Les modèles ci-dessous proviennent de différentes gammes de puissance et de carcasse ; toutes les options sont classées par puissance, vitesse et carcasse sur la page boutique.

• DRG-90L-4 – 1,5 kW – 1500 tr/min – 90L aluminium
• DRG-112M-4 – 4 kW – 1500 tr/min – 112M fonte
• DRG-112M-4K – 5,5 kW – 1500 tr/min – 112M aluminium (compact)
• DRG-160M-4 – 11 kW – 1500 tr/min – 160M aluminium
• DRG-160L-4 – 15 kW – 1500 tr/min – 160L fonte
• DRG-280S-4 – 75 kW – 1500 tr/min – 280S fonte

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Questions fréquentes

Moteur asynchrone triphasé et moteur à induction triphasé, est-ce la même chose ?

Oui. Sur le terrain, moteur triphasé, moteur à induction triphasé et moteur asynchrone triphasé désignent le même moteur à cage d'écureuil. Le moteur synchrone est un type différent, dont le rotor tourne à la même vitesse que le champ tournant.

Quel glissement pour un moteur asynchrone triphasé ?

Le glissement dépend de la puissance et du nombre de pôles ; il n'existe pas de valeur unique. Dans nos données catalogue, il vaut environ 10,7 % pour un moteur 4 pôles de 0,25 kW, environ 2,3 % pour un 4 pôles de 11 kW et environ 0,67 % pour un 4 pôles de 250 kW. Pour votre moteur, il suffit d'entrer la vitesse de la plaque dans s = (ns − n) / ns.

Un moteur triphasé fonctionne-t-il en 220 V ?

Un moteur triphasé est conçu pour une alimentation triphasée. Les petits moteurs 230/400 V fonctionnent sur un réseau triphasé 230 V en couplage triangle ; sur une prise monophasée 220 V, ils ne peuvent tourner qu'avec des solutions supplémentaires comme un condensateur ou un variateur à entrée monophasée, et avec une perte de puissance. Si seule une alimentation monophasée est disponible, un moteur monophasé peut être plus adapté.

Comment régler la vitesse d'un moteur asynchrone triphasé ?

La vitesse dépendant de la vitesse de synchronisme, on la règle en modifiant la fréquence dans ns = 120 · f / p ; c'est le rôle du variateur de fréquence. Le nombre de pôles est fixé par la conception du moteur ; la vitesse de la machine peut aussi être modifiée par poulies et courroie ou par un réducteur.

Contactez-nous pour choisir ensemble le moteur triphasé adapté à votre application : +90 (542) 666 11 11 · [email protected] · Contact. Toutes les puissances, vitesses et carcasses figurent parmi les 120 modèles de notre boutique en ligne.