Moteur asynchrone monophasé, tout comprendre en moins de 5 minutes

Vous souhaitez apprendre ou redécouvrir des notions essentielles sur les moteurs électriques ? À la fin de cet article, vous connaîtrez les particularités d’un moteur asynchrone monophasé, la définition du couple à l’aide d’un exemple concret ainsi que la différence entre une alimentation triphasée et monophasée.

Moteur asynchrone monophasé, un démarrage distinctif

Contrairement au moteur électrique triphasé, le démarrage d’un moteur asynchrone en monophasé nécessite un condensateur pour le déphasage. On distingue alors deux systèmes :
  • Un condensateur permanent Cp qui reste connecté pendant le fonctionnement du moteur.
  • Un condensateur de démarrage Cd qui est utilisé uniquement lors de la phase de lancement.

À l’arrêt, le moteur monophasé possède un couple nul car son bobinage est composé de 2 champs inversés. Il faut donc un artifice pour lancer la phase de démarrage, le plus usité est constitué d’un deuxième enroulement décalé de 90°.

On peut également utiliser les condensateurs :

Le condensateur Cp produit le déphasage nécessaire au lancement du moteur, il reste sous tension en permanence. 

On peut lui adjoindre un deuxième condensateur Cd dit de « démarrage » de forte valeur. Ce condensateur n’est pas prévu, sous peine d’échauffement exagéré, d’être sous tension en permanence. Lorsque le moteur atteint sa vitesse nominale il est déconnecté par divers procédés : relais de tension, thermistance, système à contact centrifuge etc…

Schéma CD CP

Pourquoi utiliser un condensateur de démarrage ?

Les moteurs asynchrones monophasés utilisant ce type de condensateur offrent un couple important lors de la phase de démarrage, bien plus élevé qu’un moteur ayant un condensateur permanent. L’utilisation ou non d’un condensateur de démarrage dépend alors uniquement de la machine entraînée et du couple résistant.

Que choisir entre un condensateur permanent ou un condensateur de démarrage ?

On distingue deux types de couple :

Le couple constant, spécifique aux applications de compresseurs, broyeurs, presses, extrudeuses et diverses autres machines entraînées :

Couple constant

Le condensateur de démarrage est donc adapté pour des applications ayant un couple constant car un fort couple est requis dès le démarrage.

Le couple parabolique, représentatif des pompes, ventilateurs et autres machines centrifuges :
Couple parabolique

Le condensateur permanent, lui, est plutôt adapté aux machines centrifuges ayant un couple parabolique.

En effet, le couple résistant étant faible, un fort couple au démarrage n’est donc pas nécessaire.

Qu’est-ce que le couple d’un moteur électrique ?

Le couple ou le moment de force est l’énergie nécessaire pour entraîner la rotation d’un arbre moteur, représenté en bleu dans l’image ci-dessous :
Arbre moteur
Pour illustrer cette notion, nous allons utiliser l’expérience du treuil et du puit :
Schéma treuil

Le levage d’un seau rempli d’eau nécessite une énergie suffisante, celle-ci sera plus ou moins importante en fonction de la distance « E » :

  • Plus la distance « E » est importante, plus la force « F » nécessaire diminue.
  • Si on double la longueur « E » alors la force « F » requise sera réduite de moitié.

Conséquemment, l’énergie nécessaire pour faire remonter le seau dépend de la force appliquée mais également de la distance.

Le seau possède une charge de 20N, le diamètre du tambour est de 0,20 m soit à une distance de 0,10m par rapport à son axe.

Pour contrebalancer cette force, si « E » a une longueur de 0,20 m (soit 0,20 m par rapport à l’axe) alors la force à appliquer sur la manivelle est de 10N.

Si « E » est deux plus grands soit 0,40 m alors la force « F » sera diminuée de moitié et sera égale à 5N.

Comme vous pouvez le constater, pour mesurer l’énergie nécessaire, il faut définir la force mais également à quelle distance de l’axe la force est appliquée.
Cette énergie est mesurée par le couple qui est le résultat de la Force x Distance.
Si l’on souhaite calculer le couple du seau alors on obtiendra la formule suivante :
Couple du seau (Newton mètre) = Force de la charge (Newton) x Distance par rapport à l’axe ou rayon du tambour (mètre) soit :

C = 20N x 0,10m
C = 2 Nm

Le couple est donc de 2Nm.

La distance et la force étant liées, nous aurions pu obtenir les égalités suivantes :

C = 20N x 0,10m = 10N x 0,20m = 5N x 0,40m

Monophasé ou triphasé, une alimentation électrique différente

Le courant alternatif se distingue par une tension, qui au lieu d’être constante comme par exemple entre les pôles d’une batterie, varie avec le temps en inversant alternativement sa direction.

Dans les systèmes monophasés, la tension alternative U (Volts) est générée et appliquée entre deux fils auxquels la charge absorbant le courant I (Ampères) est connectée.

monophasé
monophasé schéma
On peut noter que les ondes de tension et de courant ne sont pas “en phase”, c’est-à-dire qu’elles ne passent pas le point zéro simultanément, bien qu’elles aient la même fréquence. Cela se produit avec de nombreux types de charges électriques comme par exemple les moteurs électriques.
La fréquence est le nombre de fois par seconde où le courant alternatif change de direction, elle s’exprime en « cycle par seconde » ou en « Hertz (Hz) »
Un système triphasé est formé par l’association de trois systèmes monophasés : U1, U2 et U3.
schéma triphasé
On remarque également un déphasage, celui-ci est de 120°. Il y a donc des « retards » entre U1, U2, et U3 et ces « retards » sont de 120°C.
Triphasé schéma

Quand utilise-t-on une alimentation en monophasée ou en triphasée ?

En France, le fournisseur d’électricité distribue un réseau triphasé 400V et 50Hz.

Dans nos domiciles, la tension est monophasée mais celle-ci provient d’un réseau triphasé où l’on utilise le neutre avec une des trois phases. La distribution est réalisée en triphasé car cette alimentation génère moins de pertes. Concrètement, la différence d’utilisation entre les deux alimentations se situe dans les pertes énergétiques.

C’est pourquoi le triphasé est privilégié pour le transport de l’énergie ou les professionnels utilisant des machines énergivores. Le monophasé, lui, est plutôt adapté à une utilisation domestique.

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