Moteur asynchrone triphasé

Transformant l’énergie électrique en énergie mécanique en utilisant des phénomènes électromagnétiques, les moteurs asynchrones triphasés, ou moteurs à induction triphasés, représentent 80 % du parc moteur électrique.

Ils permettent un échange d’énergie bidirectionnelle entre une installation électrique parcourue par un courant électrique alternatif et un dispositif mécanique.

Le moteur asynchrone peut être relié à un réseau électrique alternatif monophasé ou polyphasé. Le succès de ces moteurs est dû à leurs performances jusqu’à 50 % supérieures à leurs homologues monophasés.

Certains moteurs asynchrones sont spécialement conçus pour les applications en milieux humides. C’est le cas du moteur WEG W22 WASH, qui, étant à la fois résistant à l’eau et antibactérien, est particulièrement adapté aux industries agroalimentaires ou pharmaceutiques.

Le moteur asynchrone triphasé est largement utilisé dans l’industrie, sa simplicité de construction en fait un matériel très fiable et qui demande peu d’entretien.

moteur triphase weg

Le moteur asynchrone réversible est susceptible de se comporter, selon la source d’énergie, soit en « moteur » soit en « générateur ». En fonctionnement moteur, l’énergie électrique apportée par la source est transformée en énergie mécanique : c’est la situation la plus courante. En fonctionnement générateur, l’énergie mécanique est transformée en énergie électrique redirigée vers la source.

Concurrencé par la machine synchrone pour les moteurs de forte puissance, l’avènement de l’électronique de puissance a contribué à placer ce moteur à induction sous une forte demande.

Les avantages du moteur asynchrone triphasé​

Stator et rotor dans un moteur asynchrone triphasé

Le stator, formé d’une carcasse ferromagnétique est la partie fixe du moteur.

Il contient trois enroulements, le passage d’un courant dans les enroulements crée un champ magnétique. Chacun des 3 enroulements est alimenté par une phase. Pour le moteur asynchrone, le stator induit ou crée le champ magnétique : c’est l’inducteur.

Au centre du moteur, entre les 3 bobines se trouve le rotor, l’élément en rotation qui transmet la puissance mécanique.

Il est soumis au champ magnétique créé par le stator. Pour le moteur à induction asynchrone, le rotor subit les courants induits : c’est l’induit.

detail moteur triphase asynchrone weg
rotor cage écureuil moteur triphasé asynchrone

Le rotor est constitué de barres d’aluminium, reliées à leur extrémité par deux anneaux conducteurs. L’ensemble forme un ensemble appelé cage d’écureuil. En fonctionnement, la cage est balayée par le champ magnétique induit par les bobines

Fonctionnement du moteur asynchrone triphasé

Des courants circulent ainsi dans les anneaux formés par la cage, les forces de Laplace qui en résultent exercent un couple sur le rotor et par conséquent la rotation de l’arbre moteur.

L’interaction des bobines entraine la rotation du rotor à une fréquence inférieure à celle du champ tournant (glissement) : d’après la loi de Lenz, les courants induits s’opposent par leurs effets à la cause qui leur a donné naissance. Le rotor tourne alors dans le même sens que le champ mais avec une vitesse (rpm) légèrement inférieure à la vitesse de synchronisme de ce dernier, on appelle ce phénomène le glissement.

Le terme asynchrone provient du fait que la vitesse de rotation du rotor de ces machines n’est pas exactement déterminée par la fréquence des courants qui traversent leur stator, à l’inverse des moteurs synchrones.

Caractéristiques du moteur asynchrone

Les 3 caractéristiques de ce moteur asynchrone triphasé :

L’ensemble de ces caractéristiques déterminent le point de fonctionnement du moteur.

  • Lorsque le moteur est en état de marche, le couple moteur maximal Mm est égal au couple résistant Mr.
  • Au démarrage, il faut que Mm soit supérieur à Mr pour que le moteur accélère.
  • Branchement du moteur asynchrone : couplage étoile ou triangle
 

Il y a deux possibilités de branchement du moteur à induction au réseau électrique triphasé : en couplage étoile ou en triangle. Avec un couplage en étoile, la tension aux bornes de chacune des bobines est d’environ 230V. Dans un couplage en triangle, chacune des bobines est alimentée avec la tension nominale du réseau (400V). On utilise le couplage étoile si un moteur de 230V doit être relié sur un réseau 400V ou pour démarrer un moteur à puissance réduite dans le cas d’une charge avec une forte inertie mécanique.

Relier un moteur asynchrone avec le réseau EDF

Relier un moteur asynchrone nécessite des équipements intermédiaires entre le réseau électrique et la machine :

liaison edf moteur asynchrone triphase

• Le sectionneur d’isolement avec fusibles permet de déconnecter le moteur pour des opérations de maintenance par exemple. Il protège également le dispositif en aval contre les risques de court-circuit grâce aux fusibles.

• Le contacteur permet d’alimenter le moteur avec une commande manuelle ou automatique avec un automate programmable.

• Le relais thermique protège le moteur contre les surcharges de courant, l’intensité maximale admissible est réglable. Son action différentielle permet de détecter une différence de courants d’une phase à l’autre en cas de coupure d’une liaison par exemple.

• Le transformateur abaisse la tension secteur à une valeur de 24V pour garantir la sécurité des utilisateurs

Variation de vitesse et moteurs asynchrones

Issu d’une conception ancienne, mais restant ouvert aux innovations, le moteur à induction triphasé reste toujours d’actualité, l’électronique permettant désormais de faire varier sa fréquence de rotation. Pour parvenir à ce pilotage, la fréquence de rotation du champ magnétique et donc la fréquence du courant d’alimentation doivent pouvoir être modifiées.

Les variateurs de vitesse sont des variateurs de fréquence qui permettent cette opération. Ils peuvent être associés aux moteurs asynchrones pour un pilotage de précision.

Les raisons d’utiliser un variateur de vitesse sont nombreuses notamment pour les applications sécuritaires qui nécessitent un arrêt en urgence ou la prévention d’un démarrage inopiné. Egalement, les variateurs de fréquence améliorent la protection et la sécurité des installations. En effet, la protection des composants du moteur lui assure une durée de vie accrue.

Applications des moteurs asynchrones triphasés

Ce moteur est utilisé dans de nombreuses applications du transport : métro, trains, propulsion des navires, automobiles électriques. Il a également toute sa place dans l’industrie, dans l’entrainement des machines-outils.

Grâce à sa double fonction (moteur ou générateur), il peut être utilisé aujourd’hui en tant que générateur pour les éoliennes, grâce notamment aux avancées de l’électronique de puissance.

Pour les applications de puissance, les machines asynchrones sont uniquement alimentées en courant triphasé.

moteur propulsion

Quelques moteurs asynchrones triphasés

Moteurs à Usage Général

Gamme
Carcasse Fonte
Carcasse Aluminium
Puissance
Polarité
W22
63 à 355A/B
0,12 à 500 kW
2 à 8 pôles
W21
63 à 200L
0,12 à 37 kW
2 à 8 pôles
W40
Carcasse ouverte, 160 à 400J/H
11 à 900 kW
2 à 6 pôles
W22 Magnet
132S à 355M/L
15 à 500 kW
180 à 3 600 rpm

Moteurs en fonte à Usage Dédié

Gamme
Hauteur d’axe
Puissance
Application
W22 WASH
63 à 200L
0,12 à 37 kW
Agroalimentaire, pharmaceutique
W22 Désenfumage
80 à 355A/B
0,18 à 500 kW
Extraction de fumée, ambiance à haute température
Tables à rouleaux
132M à 400
3 à 260 kW
Sidérurgie
W22 Frein
63 à 250S/M
0,12 à 55 kW
Freinage rapide et positionnement précis de la charge

Moteurs en fonte à Ambiance Dangereuse

Gamme
Hauteur d’axe
Puissance
Zones
W22Xdb
71 à 355M/L
0,12 à 370 kW
1 & 2
W22Xec
63 à 355A/B
0,12 à 450 kW
2 & 22
W22Xeb
63 à 355M/L
0,18 à 250 kW
1, zone 21 en option
W22Xtb
63 à 355M/L
0,12 à 315 kW
21 & 22

Les carcasses des moteurs WEG sont disponibles selon les standards IEC (International Electrotechnical Commission) mais également NEMA (National Electrical Manufacturers Association).

Les moteurs électriques représentent environ 70% de la consommation électrique des utilisateurs industriels. Une grande majorité des moteurs installés sont vieux et obsolètes et provoquent une surconsommation, relativement aux équipements actuels. Le rendement des moteurs et leur efficacité énergétique est au cœur des enjeux.

Livre blanc : évolution récente des technologies des moteurs électriques

Ce document présente les concepts de base de l’efficacité énergétique des moteurs asynchrones et quelques règles pour réduire les pertes afin d’atteindre la classe de rendement IE4.

De nouvelles technologies de moteurs comme les moteurs à aimants permanents, à réluctance variable et à réluctance synchrone ont également été présentées, en soulignant leurs principales caractéristiques.

Le choix de la meilleure technologie ne dépend pas seulement du rendement, il doit prendre en considération d’autres critères tels que le coût, la dimension et le poids, la fiabilité, la plage de vitesse, les niveaux de bruit et de vibration, la facilité de maintenance.

En termes stricts de rendement, on peut dire que les moteurs à aimants permanents ont les meilleures performances car ils n’ont pas de pertes dans le rotor et présentent un bien meilleur comportement à basse fréquence avec une machine à couple constant.

Néanmoins, les moteurs asynchrones, lorsqu’ils sont correctement conçus et fabriqués, peuvent également atteindre des niveaux de rendement IE4. En outre, leurs performances peuvent être améliorées à basse fréquence avec un couple constant en appliquant la solution Optimal Flux © de WEG.