Le moteur que l'on rencontre dans les habitations, les ateliers et de nombreuses petites entreprises alimentées en 220–230 volts après le compteur est du type monophasé. Ce moteur est une machine asynchrone qui parvient à tourner avec la tension de réseau ordinaire disponible sur une prise, et il est généralement privilégié dans les puissances allant jusqu'à 3 kW. Le fait de devoir se contenter d'une seule phase le distingue sérieusement de son cousin triphasé, aussi bien par son principe de fonctionnement que par son comportement au démarrage. Dans cet article, nous détaillons tour à tour la logique de démarrage, les distinctions de types, les valeurs de la plaque signalétique ainsi que des conseils de choix et d'entretien utiles sur le terrain.

Principe de fonctionnement et problème du champ tournant

Le moteur asynchrone repose sur le principe selon lequel le champ magnétique tournant créé dans le stator induit un courant dans le rotor et produit ainsi un couple. Dans les moteurs triphasés, le déphasage naturel de 120 degrés entre les trois phases crée spontanément le champ tournant. En alimentation monophasée, en revanche, comme il n'y a qu'une seule phase, il n'existe pas de champ tournant naturel ; le moteur ne peut donc pas démarrer seul. Pour résoudre ce problème, on utilise un second bobinage (bobinage auxiliaire) et un condensateur monté en série avec ce bobinage. Le condensateur décale en phase le courant du bobinage auxiliaire par rapport au bobinage principal et crée ainsi artificiellement le champ tournant nécessaire au démarrage du moteur.

Types de moteurs monophasés

Le dispositif qui assure le démarrage du moteur est le critère le plus visible qui distingue les modèles monophasés entre eux. Les principaux types se résument ainsi :

  • À condensateur de démarrage : Grâce au condensateur qui n'entre en service qu'au démarrage, il offre un couple de démarrage élevé ; après le démarrage, un interrupteur centrifuge met le condensateur hors circuit. Il convient aux compresseurs et aux applications démarrant en charge.
  • À condensateur permanent : Le condensateur est en service à la fois au démarrage et en fonctionnement ; il donne un couple de démarrage faible mais un fonctionnement plus efficace et plus silencieux. Il est idéal pour les charges souples comme les ventilateurs et les pompes.
  • À deux condensateurs : En utilisant ensemble un condensateur de démarrage et un condensateur permanent, il offre à la fois un couple de démarrage élevé et un fonctionnement continu efficace.
  • À bobinage auxiliaire (split-phase) : Sans condensateur, il démarre grâce à la différence de résistance des bobinages ; avec son faible couple de démarrage, il est destiné aux applications légères.

Champ magnétique du rotor et vitesse de synchronisme

Dans les moteurs monophasés aussi, la vitesse de synchronisme dépend du nombre de pôles. Sur un réseau 50 Hz, un moteur à 2 pôles tourne à 3000 tr/min, à 4 pôles à 1500 tr/min et à 6 pôles à 1000 tr/min de vitesse de synchronisme. Comme le rotor tourne un peu en retard sur le champ magnétique, c'est-à-dire avec glissement, la vitesse réelle est légèrement inférieure à ces valeurs. Les vitesses élevées sont généralement préférées pour les pompes et les petites machines-outils, tandis que les vitesses faibles sont réservées aux applications à fort besoin de couple devant tourner lentement. Le bon choix de vitesse peut être plus déterminant que la puissance pour l'adéquation du moteur à l'application.

Tableau technique

Un moteur monophasé typique fonctionne avec une alimentation 220–230 V / 50 Hz, possède une isolation de classe F et un indice de protection IP55. L'isolation de classe F permet au bobinage de tenir jusqu'à 155 °C, tandis que l'IP55 offre une protection contre la poussière et les projections d'eau. Le régime de service est le plus souvent le service continu S1. La plage de puissance se situe, selon l'application, entre 0,18 kW et environ 3 kW.

  • Le matériau du carter est choisi en aluminium pour rester léger sur les outils portatifs, et en fonte pour la solidité sur les machines fixes et soumises aux vibrations.
  • Comme forme de montage, les carters à pattes (B3), à bride complète (B5) et à petite bride (B14) sont déterminés selon l'endroit où le moteur sera boulonné.
  • La partie tournante à l'intérieur est du type à cage d'écureuil, où les barres en aluminium sont réunies par des anneaux de court-circuit ; cette structure, qui ne demande pas d'entretien supplémentaire, fonctionne des années sans problème.

Choix du condensateur et détails de raccordement

Le composant que l'on peut qualifier de cœur du moteur monophasé est le condensateur ; son choix à la bonne valeur influence directement le démarrage et le rendement du moteur. La capacité du condensateur est exprimée en microfarads (µF) et augmente proportionnellement à la puissance du moteur. En pratique, une valeur d'environ 30–50 µF par kilowatt constitue un point de départ, mais la valeur finale est prise sur la plaque signalétique selon la conception du bobinage du moteur. Les condensateurs de démarrage sont choisis de type électrolytique à forte capacité et pour rester en circuit brièvement, tandis que les condensateurs permanents doivent être de type film huilé et tenir une tension permanente. Lors du raccordement dans la boîte à bornes, le branchement correct des extrémités du bobinage auxiliaire détermine le sens de rotation du moteur ; si l'on inverse ces extrémités, le moteur tourne dans le sens inverse. Un condensateur de capacité inadaptée ou de classe de tension insuffisante peut provoquer un démarrage bruyant, une surchauffe et le gonflement puis l'éclatement du condensateur.

Les applications concernées en l'absence d'alimentation triphasée

Les moteurs monophasés interviennent partout où l'alimentation triphasée n'existe pas. Les applications les plus fréquentes en environnement domestique et d'atelier sont les suivantes : pompes à eau et surpresseurs, petits ventilateurs de ventilation et d'extraction, compresseurs, machines-outils à bois et à métal, batteuses et machines à aliments pour animaux, petits convoyeurs et agitateurs. Dans l'irrigation agricole et les applications de jardin, les moteurs de pompe monophasés sont également très répandus. Le point commun de ces applications est un besoin de puissance relativement faible et l'obligation de fonctionner sur un réseau monophasé.

Différences avec le moteur triphasé

La différence fondamentale entre les moteurs monophasés et triphasés réside dans la formation du champ tournant. Les moteurs triphasés sont plus efficaces, moins vibrants et plus compacts à puissance égale ; c'est pourquoi ils sont privilégiés dans l'industrie. Les moteurs monophasés, eux, offrent une souplesse d'infrastructure : là où tirer une ligne triphasée est coûteux ou impossible, ils peuvent fonctionner directement sur une prise domestique. En contrepartie, comme les moteurs monophasés comportent des composants supplémentaires tels que le condensateur, l'usure de ces composants avec le temps constitue un poste d'entretien. Ceux qui souhaitent examiner plus en profondeur le principe de fonctionnement peuvent tirer parti de notre contenu sur les moteurs AC asynchrones .

Pannes fréquentes et solutions

Sur les moteurs monophasés, la majeure partie des pannes se concentre sur quelques points précis et peut être corrigée rapidement avec un bon diagnostic. Le symptôme le plus courant est un moteur qui ronronne sans démarrer ; la cause principale en est un condensateur ayant perdu sa capacité ou coupé. Vient ensuite le collage de l'interrupteur centrifuge ou l'oxydation de ses contacts ; dans ce cas, le bobinage de démarrage ne se met pas hors circuit et le moteur chauffe rapidement. L'échauffement du moteur en fonctionnement provient généralement d'une surcharge, d'une chute de tension ou d'une augmentation du frottement des roulements. L'affaiblissement de l'isolation du bobinage entraîne une fuite à la terre et le déclenchement du fusible. Comme ordre de contrôle pratique, on mesure d'abord la tension d'alimentation, puis on vérifie la capacité du condensateur au capacimètre, on contrôle l'interrupteur centrifuge à l'oreille et à la main, et enfin on mesure la rotation libre des roulements et la résistance du bobinage.

Principes de choix et d'entretien

Pour choisir le bon moteur, on détermine d'abord le type de charge de l'application : démarrera-t-il en charge ou commencera-t-il à tourner à vide ? Dans les applications qui démarrent en charge, on choisit des modèles à condensateur de démarrage ou à deux condensateurs. La puissance, la vitesse et le type de raccordement sont définis selon l'application. Du côté de l'entretien, le composant auquel il faut le plus prêter attention est le condensateur ; en perdant sa capacité avec le temps, il rend le démarrage du moteur difficile voire impossible. Par ailleurs, le contrôle des roulements, la mesure de la résistance d'isolement du bobinage et le maintien de la propreté de la ventilation prolongent la durée de vie du moteur.

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