Les moteurs électriques asynchrones monophasés sont le moyen le plus pratique de faire fonctionner des entraînements de petite et moyenne puissance dans les lieux dépourvus de réseau triphasé. Des pompes domestiques aux machines d'atelier, des compresseurs aux équipements de jardin, ils fonctionnent sur une large gamme d'applications en étant alimentés par le réseau monophasé 220 V. Dans cet article, nous traitons en détail le principe de fonctionnement des moteurs asynchrones monophasés, leurs types, leurs différences avec leurs équivalents triphasés et les bons critères de choix.

Comment fonctionne un moteur asynchrone monophasé ?

Le fonctionnement des moteurs asynchrones (à induction) nécessite un champ magnétique tournant. Dans les moteurs triphasés, ce champ se forme naturellement ; en alimentation monophasée, en revanche, un seul bobinage produit un champ non pas tournant mais pulsé, ce qui ne permet pas au moteur de démarrer seul. C'est pourquoi, dans les moteurs monophasés, on crée la simulation d'une seconde phase à l'aide d'un bobinage auxiliaire et généralement d'un condensateur. Ce déphasage artificiel produit le champ tournant nécessaire au démarrage. Le rotor, quant à lui, est de type à cage d'écureuil comme sur les équivalents triphasés et produit du couple grâce aux courants qui y sont induits.

Types de moteurs monophasés

Selon leurs caractéristiques de démarrage et de fonctionnement, les moteurs asynchrones monophasés se répartissent en différents types :

  • À condensateur de démarrage (Capacitor Start) : utilisé sur les compresseurs et les pompes exigeant un couple de démarrage élevé ; le condensateur n'est en service qu'au démarrage et il est mis hors circuit par un interrupteur centrifuge lorsque la vitesse augmente.
  • À condensateur permanent (Capacitor Run) : le condensateur reste en permanence en service ; il procure un fonctionnement plus silencieux et plus régulier ainsi qu'un meilleur rendement. Convient aux ventilateurs.
  • À condensateurs de démarrage et de marche (deux condensateurs) : pour les applications exigeantes nécessitant à la fois un couple de démarrage élevé et un rendement de marche élevé.
  • À bobinage auxiliaire (Split Phase) : solution économique utilisée dans les applications simples à faible couple de démarrage.

Les valeurs de plaque du moteur monophasé

Les moteurs asynchrones monophasés typiques fonctionnent sous une alimentation 220-230 V / 50 Hz et se trouvent généralement dans les échelons de puissance compris entre 0,18 kW et 3 kW. Aux puissances supérieures, la solution monophasée restant peu performante, on préfère les moteurs triphasés. La classe d'isolation est F (155 °C), l'indice de protection le plus souvent IP55, le mode de fonctionnement S1 en service continu. La vitesse varie selon le nombre de pôles : 2 pôles ~2850 tr/min, 4 pôles ~1400 tr/min, 6 pôles ~900 tr/min. En raison du glissement (slip), la vitesse réelle est un peu inférieure à la vitesse de synchronisme et le glissement augmente quelque peu à mesure que la charge croît.

Le rôle du condensateur

Le condensateur est au cœur des moteurs monophasés. Le condensateur de démarrage donne au moteur le couple élevé nécessaire au premier mouvement, tandis que le condensateur de marche assure une rotation régulière et sans vibrations. La valeur du condensateur (en microfarads) est déterminée par la puissance et le type du moteur ; un condensateur de valeur incorrecte provoque un démarrage difficile, une surchauffe ou une perte de rendement du moteur. Lorsque vous remplacez le condensateur, ne vous écartez pas de la valeur d'origine.

Différences par rapport au moteur triphasé

Si les moteurs monophasés sont pratiques, ils présentent certaines limites par rapport à leurs équivalents triphasés. À puissance égale, un moteur monophasé est généralement plus volumineux, plus lourd et d'un rendement légèrement inférieur. Le couple de démarrage dépend de la configuration du condensateur et n'atteint pas toujours le couple de démarrage naturellement élevé des moteurs triphasés. En revanche, son plus grand avantage est de ne pas exiger d'infrastructure triphasée. Si le réseau triphasé est disponible, les versions triphasées des moteurs asynchrones AC sont toujours un choix plus économique dans les applications en marche continue.

Où les moteurs monophasés sont-ils utilisés

Les moteurs asynchrones monophasés rendent service en de nombreux endroits dépourvus de ligne triphasée ou n'exigeant qu'une faible puissance :

  • Pompes à eau domestiques et agricoles, surpresseurs
  • Petits compresseurs d'air
  • Ventilateurs de ventilation et d'extraction
  • Machines d'atelier, scies, machines à rectifier
  • Agitateurs et équipements de transformation alimentaire
  • Machines de jardin et machines agricoles

Points à surveiller pour un bon choix

Lors du choix d'un moteur monophasé, ce n'est pas seulement la puissance mais le besoin en couple de démarrage qui est déterminant. Pour les machines qui démarrent en charge, comme les compresseurs, le type à condensateur de démarrage est indispensable ; dans les applications qui démarrent à vide, comme les ventilateurs, le type à condensateur de marche suffit. Trois choses déterminent la longévité : la stabilité de la tension du réseau, la valeur correcte du condensateur et l'absence de surcharge du moteur. Le relais thermique met le bobinage hors circuit avant la surchauffe. Il ne faut pas oublier que lorsque la tension est basse, le moteur est mis à rude épreuve et chauffe.

Entretien et durée de vie

La panne la plus fréquente sur les moteurs monophasés est la perte progressive de capacité du condensateur ; dans ce cas, le moteur démarre difficilement ou ne tourne plus du tout. Le contrôle périodique des roulements, la protection de l'isolation du bobinage contre l'humidité et la poussière et la propreté des canaux de ventilation influent directement sur le rendement et la durée de vie du moteur. Un moteur monophasé régulièrement entretenu rend, dans la bonne application, de longues années de service sans problème. Sur les types à condensateur de démarrage, si l'interrupteur centrifuge s'encrasse, le moteur se bloque au démarrage.

Options de passage du monophasé au triphasé

Lorsque le besoin de puissance augmente dans une application ou que le rendement devient primordial, le passage du moteur monophasé à une solution triphasée se pose. Si une ligne triphasée peut être amenée dans l'installation, le moteur triphasé est une option supérieure à tous égards. En l'absence d'infrastructure triphasée, un moteur triphasé peut être alimenté par le réseau monophasé au moyen d'un variateur de fréquence à entrée monophasée et sortie triphasée. Cette solution offre à la fois l'avantage de rendement et de robustesse du moteur triphasé et la possibilité d'un démarrage progressif et d'un réglage de vitesse. La puissance du variateur doit toutefois être choisie en fonction du courant nominal du moteur et calculée généralement avec une certaine marge (derating).

Sens de rotation et raccordement

Sur les moteurs monophasés, le sens de rotation est déterminé par le raccordement du bobinage auxiliaire par rapport au bobinage principal. Pour inverser le sens de rotation, on permute les extrémités du bobinage auxiliaire ; cette opération se fait d'après le schéma de raccordement figurant dans la boîte à bornes. Un raccordement erroné peut faire tourner le moteur à l'envers ou l'empêcher de démarrer. C'est pourquoi, en particulier dans les applications sensibles au sens de rotation comme les pompes et les ventilateurs, le sens de rotation doit impérativement être vérifié à la première mise en marche.

Approvisionnement en moteurs monophasés avec DRG Motor

Chez DRG Motor, nous fournissons des moteurs électriques asynchrones monophasés dans différentes puissances et configurations de condensateurs. Nous déterminons le moteur adapté à votre application en évaluant conjointement le couple de démarrage et les conditions de fonctionnement. Avec notre stock et notre structure de support technique basés à İzmir, nous vous aidons à faire le bon choix entre les solutions monophasées et triphasées. Pour des informations détaillées et une comparaison de produits, vous pouvez contacter l'équipe DRG Motor.