Cours MACHINE ASYNCHRONE

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I.Description :
Le moteur asynchrone est constitué de deux parties distinctes : le stator et le rotor .
I.1. Stator (partie fixe du moteur)
I.1.1. Présentation
Il est identique à celui des machines synchrones, c’est à dire constitué de 3
enroulements formés de conducteurs logés dans des encoches.
Ces enroulements sont parcourus par des courants triphasés, d’où la création d’un
champ magnétique tournant à la fréquence ns = f / p et à la vitesse s = ω / p
I.1.2. Couplage sur le réseau
Sur la plaque signalétique d’un moteur asynchrone, il apparaît une indication concernant les tensions
(ex : 127 V / 230 V). Cela signifie que, quelque soit le réseau, chaque enroulement doit être soumis, au
régime nominal, à la tension correspondant à la valeur indiquée la plus faible (ici 127V). En fonction du
réseau, il faudra donc réaliser le couplage adapté.
Exemple : Indication sur la plaque signalétique : 230V / 400V Chaque enroulement doit donc être
soumis à 230 V.
I.1.3. Schéma de branchement
Les moteurs triphasés possèdent 3 enroulements qui sont reliés à 6 bornes repérées U1, V1, W1 et U2,
V2, W2 ; le positionnement de trois barrettes permet d'alimenter le moteur sous deux tensions différentes .
I.2. Rotor (partie mobile du moteur)
Le rotor n'est relié à aucune alimentation. Il tourne à la vitesse de rotation n . Il existe 2 possibilités :
I.2.1. Rotor à cage d'écureuil
Il porte un ensemble de barres conductrices, très souvent en aluminium,
logées dans un empilement de tôles.
Les extrémités des barres sont réunies par deux couronnes conductrices.
Remarque : Le rotor en cage d’écureuil présente une résistance très faible : on dit qu’il est court-circuité.
I.2.2. Rotor bobiné
Le rotor comporte des encoches dans lesquelles sont logés des
conducteurs formant un enroulement triphasé.
Les enroulements sont généralement accessibles par l’intermédiaire de 3
bagues et de 3 balais, permettant ainsi de modifier les caractéristiques de
la machine.
Remarque : Le rotor présente des résistances non négligeables, d’où
l’apparition de pertes par effet Joule dans le rotor P
jr
MOTEUR ASYNCHRONE TRIPHASE

2
g =
I.3. Fonctionnement
Le stator crée au niveau de l’entrefer un champ magnétique tournant à la vitesse s = / p (vitesse de
synchronisme) et à la fréquence ns = f/p.
Le rotor, soumis à ce champ tournant, génère des courants induits qui, conformément à la loi de Lenz,
s’opposent à cette rotation en entraînant la rotation du rotor dans le même sens, à la vitesse (à la
fréquence n ).
Remarque : En charge, cette vitesse est toujours légèrement inférieure à
s
.
II. Glissement
ns : vitesse de rotation de synchronisme du
soit : n = ( 1 – g ) ns
ns – n
=
ns
Ω s – Ω
Ω s
champ tournant (tr/s)
n : vitesse de rotation du rotor (tr/s)
n
g
: vitesse de glissement (tr/s) n
g
= ns – n
n = 0 g = 1
n = ns g = 0
III. Fréquence des courants induits
Le rotor voit un champ statorique tournant à la fréquence de glissement n
g
= g ns . Soit : f
g
= g f = f
r
IV. Bilan des puissances
- Puissance absorbée : P = √3U I cos
S = √3U I
Q = √3U I sin
- Puissance transmise au rotor : Cette puissance est transmise au rotor par le couple électromagnétique
P
tr
= P – P
fs
- P
js
= C
e
Ωs avec C
e
: moment du couple électromagnétique en Nm.
Ωs : vitesse angulaire synchronisme ( 2. .n ) en rad / s.
- Puissance sur le rotor: P
r
= P
tr
– P
jr
= C
e
Ω C
e
: moment du couple électromagnétique en Nm.
Pél = Pr Ω : vitesse angulaire rotor (2. .n) en rad/s.
- Puissance Utile : P
U
= C
U
Ω avec P
U
= P - ΣPertes.
- Pertes Joule Stator :
Si r est la résistance d’une phase du stator :
P
Js
= 3 rI
2
pour le couplage étoile
P
Js
= 3 rj
2
pour le couplage triangle
Si R est la résistance entre phases du stator couplé et I l’intensité en ligne alors : P
js
= (3/2) RI
2
- Pertes Joule Rotor : P
jr
= g P
tr
P
tr
: puissance transmise au rotor
g : glissement.
V. Rendement
η =
P
U
=
C
U
Ω
=
P – P
js
– P
fs
– P
jr
- P
m
P
√3U I cos
P

3
VI. Caractéristiques :
VI.1. Fonctionnement à vide
A vide le moteur n'entraîne pas de charge.
Conséquence : le glissement est nul est le moteur tourne à la vitesse de synchronisme.
A vide: g = 0 et donc n = ns et la puissance absorbée P
0
= P
mec
+ P
fs
+ P
js0
VI.2. Fonctionnement en charge
Le moteur est maintenant chargé, c'est-à-dire que l’arbre de ce dernier entraîne une charge résistante qui
s’oppose au mouvement du rotor.
En régime permanent, ou régime établi : C
u
= C
r
VI.3. Caractéristique mécanique C
U
= f (n)
Le point de fonctionnement se trouve sur l’intersection de la caractéristique mécanique du moteur et de la
courbe qui caractérise le couple résistant de la charge.
La caractéristique mécanique du moteur dans sa
partie utile est un segment de droite .
Pour la tracer, il suffit de deux points. Le premier est
généralement donné par l’étude d’un cas précis, le
second se déduit de l’essai à vide. Dans cet essai, le
couple utile est nul, il est associé à une fréquence de
rotation considérée comme égale à la fréquence de
synchronisme.
C
u
(Nm)
Cu
1
0
n'
1
C
r
(Nm)
n
n' (tr/s)
Le point de fonctionnement ( C
u1
; n
1
) permet de calculer très facilement le glissement et la puissance
utile dans ce cas bien précis.

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VII. RACCORDEMENT DES MOTEURS ASYNCHRONES AU RESEAU TRIPHASE
Couplage et modes de démarrages :
1-Introduction :
Lors de la mise sous tension d'un moteur asynchrone, celui-ci provoque un fort appel de courant qui peut
provoquer des chutes de tension importantes dans une installation électrique. Pour ces raisons en autres, il faut
parfois effectuer un démarrage différent du démarrage direct. Il est donc logique de limiter le courant pendant
le démarrage à une valeur acceptable. Mais si l'on limite le courant, on limite du fait la tension (dans certain
cas seulement).
2-Choix d’un démarreur :
Le choix d’un démarreur sera lié :
 à la nature de la charge à entraîner
 au type de moteur asynchrone
 à la puissance de la machine
 à la puissance de la ligne électrique
 à la gamme de vitesse requise pour l’application.
3-Couplage TRIANGLE et ETOILE. :
Le moteur asynchrone triphasé dispose d’une plaque à bornes où sont disponibles les extrémités des
enroulements du stator :
On choisit le couplage étoile ou triangle en fonction des caractéristiques du moteur : La plaque signalétique
d’un moteur asynchrone précise toujours deux tensions de fonctionnement possibles :
Exemple : 230/400 ou 380/660
La plus petite valeur indiquée est la tension nominale d’un enroulement (une phase du moteur) . Par
conséquent le moteur asynchrone triphasé est branché :
En triangle : lorsque la tension entre phases (tension composée) du réseau d’alimentation est égale à la
tension de fonctionnement la plus basse :
Ex : moteur 380/660 Réseau : 220V / 380V (380 V = tension entre phases du réseau)
Symbole : Δ ou D.

5
En étoile : Lorsque la tension entre phases du réseau d’alimentation est égale à la tension de fonctionnement
la plus élevée :
Exemple moteur : 230/400 Réseau : 230 / 400
Autre exemple : Moteur dont la plaque signalétique indique : 230/400. Réseau triphasé : 132 / 230 .
Le couplage devra être TRIANGLE ( La tension entre phase du réseau = 230 V ce qui correspond à la tension
d’un enroulement (230V) du moteur)
4-Procédés de démarrage :
a- Démarrage direct :
Schéma :
Fonctionnement :
Une impulsion sur S2 alimente le relais (KM1) : les contacts KM1 se ferment et le relais est auto-alimenté.
Le moteur démarre. L’arrêt est obtenu par une impulsion sur S1.
Le démarrage est donc obtenu en un seul temps ; le stator du moteur est couplé directement sur le réseau.
Les avantages du démarrage direct :
- Simplicité de l’appareillage de commande
- Couple de démarrage important (1.5 à 2 fois le couple nominal )
- démarrage rapide (2 à 3 secondes)
Les inconvénients du démarrage direct :
PH
N
Id
C
d
MAS
3~