Le moteur électrique asynchrone est le type de moteur le plus répandu, de l'industrie aux appareils domestiques. Grâce à sa structure simple, à sa robustesse et à son faible besoin de maintenance, il est privilégié pour l'entraînement des pompes, des ventilateurs, des convoyeurs, des compresseurs et d'innombrables machines. Dans cet article, nous expliquons en détail technique le fonctionnement du moteur asynchrone, ses composants principaux, ses critères de choix et sa maintenance.

Principe de fonctionnement

Le moteur asynchrone repose sur le champ magnétique tournant. Lorsqu'un courant alternatif triphasé est appliqué aux bobinages du stator, un champ magnétique tournant se forme dans le stator. Ce champ induit un courant dans les barres du rotor et le courant induit crée son propre champ magnétique, ce qui fait tourner le rotor. Le rotor ne peut jamais rattraper complètement la vitesse synchrone du champ statorique ; car si les vitesses étaient égales, aucun courant ne serait induit et aucun couple ne pourrait être produit. Cette différence de vitesse s'appelle précisément le « glissement » et c'est la raison pour laquelle le moteur porte le nom d'« asynchrone ».

Glissement et vitesse synchrone

Sur un réseau à 50 Hz, la vitesse synchrone dépend du nombre de pôles : 2 pôles 3000 tr/min, 4 pôles 1500 tr/min, 6 pôles 1000 tr/min. À charge nominale, le rotor tourne typiquement 2 à 5 pour cent en dessous de cette valeur. Par exemple, la vitesse synchrone d'un moteur à 4 pôles étant de 1500 tr/min, le rotor tourne à environ 1440 à 1470 tr/min. Le glissement augmente avec la charge ; cela permet au moteur de s'adapter à la charge. Le couple est produit grâce à ce glissement.

Composants principaux

  • Stator : la partie fixe où se trouvent les bobinages ; elle crée le champ magnétique tournant.
  • Rotor : la partie tournante ; le type le plus répandu est le rotor à cage d'écureuil.
  • Roulements : ils permettent au rotor de tourner avec un faible frottement.
  • Carter et ventilateur : ils assurent la protection mécanique et le refroidissement.

Le rotor à cage d'écureuil est formé de barres en aluminium ou en cuivre court-circuitées à leurs extrémités par des anneaux. Comme il ne nécessite ni balais ni bagues, sa maintenance est faible et il est durable.

L'avantage du rotor à cage d'écureuil

La grande majorité des moteurs asynchrones utilise un rotor à cage d'écureuil. Comme cette structure ne comporte pas de point de contact mécanique, l'usure est minimale ; cela signifie une longue durée de vie et une faible maintenance. La présence de barres coulées au lieu d'un bobinage dans le rotor simplifie la fabrication et abaisse le coût. Ces caractéristiques font du moteur asynchrone la force de travail la plus fiable de l'industrie.

Classes de rendement : de IE1 à IE5

Les moteurs asynchrones sont répartis en classes de rendement de IE1 à IE5 selon la norme IEC 60034-30-1. IE1 désigne le rendement standard, IE2 élevé, IE3 premium, IE4 super premium et IE5 ultra premium. En Turquie et en Europe, l'IE3 et les classes supérieures sont obligatoires pour certaines plages de puissance. Une classe de rendement élevée signifie moins de pertes et une facture d'énergie plus faible. Pour comparer les différentes classes, notre contenu sur les moteurs électriques IE3 vous sera utile.

Faut-il regarder d'abord la protection IP55 ou l'isolation de classe F ?

Les moteurs asynchrones industriels fonctionnent typiquement avec une alimentation triphasée 400 V / 50 Hz. L'indice de protection standard est IP55 (protégé contre la poussière, résistant aux projections d'eau) et la classe d'isolation est F (jusqu'à 155 °C). Le régime de service continu S1 indique que le moteur peut tourner sans interruption à charge nominale. La plage de puissance couvre une large bande, de 0,55 kW à 355 kW.

Modes de montage

  • B3 : montage à pattes ; entraînement polyvalent.
  • B5 : à bride ; raccordement de pompe et de réducteur.
  • B14 : bride à face réduite ; machines compactes.

Comme matériau de carter, la fonte est privilégiée dans les environnements difficiles et vibrants, tandis que l'aluminium est privilégié dans les applications de pompes et de ventilateurs qui exigent légèreté et évacuation rapide de la chaleur.

Pour une machine agricole, c'est le côté machine qui décide

Les moteurs asynchrones sont utilisés dans les pompes d'eau et d'eaux usées, les ventilateurs de ventilation et de refroidissement, les bandes transporteuses, les compresseurs, les concasseurs et les broyeurs, les machines agricoles et les machines-outils. Le nombre de pôles et la classe de rendement sont choisis selon le caractère de la charge. Pour un examen plus approfondi du principe de fonctionnement, vous pouvez consulter notre contenu sur les moteurs asynchrones AC.

Qu'est-ce qui raccourcit la durée de vie thermique de l'isolation ?

Le faible besoin de maintenance du moteur asynchrone est l'une des principales caractéristiques qui le rendent attractif. Néanmoins, le contrôle périodique des roulements, l'entretien du graissage, la mesure de la résistance d'isolement du bobinage et le maintien de la propreté des voies de ventilation prolongent sa durée de vie. La surcharge, le déséquilibre de phase ou une température ambiante élevée sont les principaux facteurs qui raccourcissent la durée de vie thermique de l'isolation. Un moteur asynchrone bien choisi et régulièrement entretenu rend service en toute sécurité pendant des dizaines d'années. Pour le choix du moteur adapté à votre application, vous pouvez obtenir un support technique via drgmotor.com.

Limitation du courant de démarrage par le couplage étoile-triangle

Lorsqu'un moteur asynchrone est démarré en direct, il appelle un courant de démarrage de 6 à 8 fois le courant nominal. Si cela ne pose pas de problème sur les petits moteurs, cela met le réseau à rude épreuve aux puissances élevées. Le démarrage étoile-triangle, en lançant d'abord le moteur en couplage étoile puis en passant en triangle, réduit le courant de démarrage au tiers. Le démarreur progressif (softstarter) rend le démarrage graduel et diminue le choc mécanique. Le convertisseur de fréquence (VFD) assure quant à lui à la fois un démarrage progressif et, en réglant la vitesse, une économie d'énergie sur les pompes et les ventilateurs.

Moteurs asynchrones monophasés et triphasés

Dans l'industrie, les moteurs asynchrones triphasés sont le standard ; car le triphasé crée naturellement le champ magnétique tournant et offre un rendement élevé. Les moteurs asynchrones monophasés sont quant à eux utilisés dans les logements et les petites entreprises, là où le réseau triphasé n'est pas disponible. En monophasé, un bobinage auxiliaire et un condensateur sont nécessaires pour créer le champ tournant ; cela limite le rendement et le couple de démarrage par rapport à l'équivalent triphasé. À mesure que le besoin de puissance augmente, le moteur triphasé est privilégié.

Signes de défaut et prévention

Sur les moteurs asynchrones, les problèmes les plus fréquents sont l'usure des roulements, la dégradation de l'isolation du bobinage et le déséquilibre de phase. Des vibrations et un bruit excessifs signalent un défaut de roulement ; une surchauffe indique quant à elle une surcharge ou un refroidissement insuffisant. La mesure régulière de la résistance d'isolement, l'entretien du graissage et le maintien de la propreté des voies de ventilation évitent ces problèmes. L'utilisation d'un relais thermique et d'une thermistance PTC protège le moteur contre la surcharge et la température excessive.

Différence entre moteur asynchrone et moteur synchrone

Pour mieux comprendre le moteur asynchrone, il est utile de le comparer au moteur synchrone. Dans un moteur synchrone, le rotor tourne exactement à la vitesse synchrone du champ statorique et il n'y a pas de glissement ; ces moteurs nécessitent généralement une excitation séparée ou des aimants permanents. Dans le moteur asynchrone, le couple étant produit uniquement grâce au glissement, aucune excitation supplémentaire n'est nécessaire ; cela simplifie la structure et abaisse le coût. Alors que les moteurs synchrones se distinguent dans les applications spéciales exigeant une précision de vitesse élevée et constante, les moteurs asynchrones sont la force de travail polyvalente de l'industrie par leur robustesse, leur faible maintenance et leur économie. C'est pourquoi le moteur asynchrone est privilégié dans la grande majorité des applications comme les pompes, les ventilateurs et les convoyeurs.