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Moteur asynchrone triphasé:
1. Constitution etprincipe de fonctionnemen
1.1. Stator = inducteur
Il estconstitué de troisenroulements (bobines) parcourus par des
courants alternatifstriphasés et possède p paires de pôles.
Champ tournant
Les courants alternatifsdans le stator créent un
champ magnétiqueBtournant à la pulsation de[1]
synchronisme :
ΩS : vitessesynchrone de rotation du champ tournant en rad.s-1. : pulsation des
courants alternatifs en rad.s-1. = 2..f
p :nombre de paires de pôles.
: pulsation des courants alternatifs en rad.s-1. = 2..f
p : nombre de paires de pôles.
𝑤
s  
𝑝
1.2. Rotor = induit
Le rotor n’estrelié à aucune alimentation.Il tourne à la vitesse de
rotation Ω.
Rotor à cage d’écureuil
Il estconstitué de barresconductricestrèssouvent en aluminium. Les
extrémités de cesbarressontréunies par
deuxcouronneségalementconductrices. On ditquele rotor est en courtcircuit.
Sa résistance électriqueesttrèsfaible.[3]
1.3. Rotor bobiné
Les tôles de ce rotor sontmuniesd’encochesoùsontplacés des
conducteurs formant des bobinages[2].
On peutaccéder à
cesbobinages par l’intermédiaire de troisbagues et troisbalais.
Cedispositifpermet de modifier les propriétésélectromécaniques du
moteur
1.4. Courants induits
Des courants induitscirculentdans le rotor.
1.5. Entrefer
L’entreferestl’espace entre le stator et le rotor.
1.6. Glissement
Le rotor tourne à la vitesse Ω plus petite que la vitesse de
synchronisme Ωs. On ditque le rotor «�glisse�» par rapport au
champ tournant.
Ceglissement g vadépendre de la charge.[4]
2. Symboles
3. Caractéristiques
3.1. Fonctionnement à vide
A vide le moteurn’entraîne pas de charge.
Conséquence: le gilssementestnulest le moteurtourne à la vitesse de
synchronisme.
A vide:
g=0
n0 nS
Autresobservations :
- lefacteur de puissance à vide esttrèsfaible (<0,2) et le courant
absorbéereste fort (P est petit et Q est grand).On parlealors de courant
réactifoumagnétisant (ilsservent à créer le champ magnétique.[3]
3.2. Fonctionnement en charge
Le moteurfournitmaintenant de la puissance active, le stator
appelleuncourant actif.
Remarque :le moteurasynchroneest capable de démarrer en charge.
3.3. Caractéristiquemécanique Tu = f(n)
3.4. Modélisation de la partie utile de la courbe
On veutdéterminerl’équation de la droite qui modélise la partie utile
de la caractéristiquemécanique.
Il fautdeux points�:
Equation d’unedroite�: Coefficient directeur (pente)�:
Ordonnée à l’origine : point A1
ya.xb
Tu a.nb
n2 nS a.nS b
x2 x1
=aest grand (droitepresqueverticale) et a estnégatif.
Remarque: le point A2 peutaussiêtrefourni par les informations
figurant sur la plaque signalétique de la machine (couple nominal Tn et
vitessenominale nn).
3.5. Caractéristiquemécanique en fonction du glissement
L’axe en n etl’axe en g sontinversés.
D’où la mêmecaractéristique avec l’axe en g. Cettefois ci le
modèleestunedroite passant
parl’origine, doncd’équation: yk.xsoitTu k.g[1]
Finalement:
Au voisinage du point de fonctionnement nominal, le couple utile
estproportionnel au glissement.[2]
Tu k.gkestuneconstante de proportionnalité (coefficient directeur) en N.m.
4. Démarrage du moteur
Nous venons de dire que le courant de démarrageesttrès important (4
à 8 fois In). Pour ne pas détériorer le moteur, ilconvient de
réduirecetappel de courant.[4]
Il existedeuxprocédés : - utilisation de résistances de démarrage ; démarrage sous tension réduite.
Nous allonsvoirdeux solutions pour démarrer sous tension réduite.
4.1. Démarrageétoile - triangle
Cetteméthodeconsiste à diminuer, le temps du démarrage, la tension
d’alimentation.
Montage étoile :
la tension aux bornes d’un enroulementest plus faibleque la tension
entre phase du réseau.
Montage triangle :
U’ = U
U’ = U / 3
La tension aux bornes d’un enroulementest plus faible en
étoilequ’en triangle.
4.2. Démarrage par auto-transformateur
On augmenteprogressivement la tension aux bornes des phases du
moteur à l’aide d’un auto- transformateurtriphasé.
5. Bilan des puissances
5.1. Puissance électriqueabsorbée : Pa
U : tension entre deuxbornes du moteur
I : courant en lignPa 3UIcos
5.2. Pertes par effet joule au stator : pjs
3
2
pjs RI
2
R: résistanceentredeuxbornesdustator
5.3. Pertesfer au stator : pfs
Elles ne dépendentque de la tension U et de la fréquence f et
sontdoncconstantessi le moteurestcouplé au réseau.[2]
5.4. Puissance transmise : Ptr
PtrPa pjspfsC’est la puissance quereçoit le rotor. 5.5. Moment du
couple électromagnétique : Tem
Les forces qui s’exercentsur les conducteurs du rotor tournent à la
vitesse ΩS : ellesglissentsur le rotor qui, lui, ne tournequ’à la vitesse
Ω.
L’action de l’ensemble des forces électromagnétiques se réduit à
un couple électromagnétiquerésultant de moment Tem.
5.6. Puissance mécaniquetotale : PM
Le couple électromagnétique de moment Tementraîne le rotor à la
vitesse Ω. Il luicommuniquedonc la puissance mécaniquetotale PM.
P T 
PM Ptr(1g)
Cette puissance comprend la puissance utile et les pertesmécaniques.
5.7. Pertes par effet joule et pertesdans le fer au rotor : pjret
pfr
Cespertesreprésentent la différence entre Ptret PM. Ellessont dues aux
courants induits.Elles ne sont pas mesurables car le rotor est courtcircuité. On les calcule.
Donc: pjrpfrPtrPM PtrPtr(1g)gPtr
5.8. Pertesmécaniques : pm
pm Pu PM La vitesse de rotation variant peu en marchenormale,
cespertessontpratiquementconstantes.
5.9. Pertes «�collectives�» : pc
Cespertes ne dépendentque de U, f et n. Commeces grandeurs
sontgénéralementconstantes, les pertesfer au stator et les
pertesmécaniques le sontaussi.
pc pfspm
On définit le couple de perte:
𝑃
Te= 
𝑤
5.10. Puissance utile : Pu
Puissance utile :
Pu PM pm
6. Point de fonctionnement du moteur en charge
C’est le point d’intersection des caractéristiques T = f(n) du moteur et
de la charge.
Tu : couple utile du moteur Tr : couple résistant
La courbe du couple résistantdépend de la charge.
6.1 Méthode de résolutiongraphique
Tracer à l’échellesur du papiermillimétré les deuxcaractéristiques et
relever les coordonnées du point d’intersection.[4]
7. Branchement du moteursur le réseautriphasé
Il n’est pas toujours possible de brancherunmoteurasynchrone en
étoileou en triangle.
Exemple :
- surune plaque signalétique d’un moteur on lit : 380 / 220
- le
réseauest en 220 / 380 V
De la plaque signalétique on déduitque la
tension nominaled’une phase du moteurest de 220�V .
Si on
branchecemoteur en triangle, la tension au borne d’une phase sera de
380 V ce qui est trop élevé.
U = 380 V
U’ = 380 / 3 = 220 V
Ce montage est possible
U = 380 V
U’ = U = 380 V
Ce montage n’est pas possible
Conclusion :cemoteurpeutêtrebrancheruniquement en étoilesur le
réseau 220/380V
Remarque :ils’agit en fait d’un vieuxmoteur. Actuellementtous les
moteurssupportent 380V par phase. Ilssupportentmêmesouvent 400 V
et 415 V, car le réseau EDF évolueprogressivementversces tensions.
Exempled’une plaque signalétique d’un moteurasynchrone :
8. Moteurasynchronemonophasé
En monophasé le moteurpeuttournerdansunsensoul’autre. De ce fait il
a également du mal à démarrer tout seul. Il
fautprévoirundispositifsupplémentaire qui luipermettra de démarrer
tout seuldans un sensdéterminé. Il s’agitsouvent d’un enroulementou
de spires auxiliaires.[1]
.
9. Utilisation du moteurasynchrone
Le moteurasynchronetriphasé, dont la puissance varie de
quelquescentaines de watts à plusieursmégawattsest le plus utilisé de
tous les moteursélectriques. Son rapport coût/puissance est le plus
faible.
Associés à des onduleurs de tension, les moteursasynchrones
de forte puissance peuventfonctionner à vitesse variable dans un large
domaine (les derniers TGV, le Tram de Strasbourg,�...).
Toutefoisl’emploi de ce type de moteurestévité en très forte puissance
(P�>�10�MW) car la consommation de puissance réactiveestalors
un handicap.
Remarques :en électroménager (exemple : lave-linge) la vitesse des
moteursasynchronesn’est pas réglée par un onduleur,
maiscesmoteurspossèdentplusieursbobinages. Il estalors possible de
changer le nombre de paires de pôles et donc la vitesse.[2]
10. Réglage de la vitesse d’un moteurasynchrone
La vitesse de synchronisme nS dépend de la fréquence fS des courants
statoriques.
Et comme la vitesse n restetrèsproche de la vitesse de
synchronisme, pour varier la vitesse du moteurilfaut en fait varier la
fréquence fS .
En réalité pour faire varier la vitesse sans modifier le couple utile
V
ilfautgarder le rapport s fs
constant (VS est la tension d’alimentation d’un enroulement).
Si on
augmente la vitesse, ilfaut augmenter la fréquence et la tension
d’alimentationdans les limites du bon fonctionnement de la machine.
On obtient le réseau de caractéristiques. La zone utile estl’ensemble
des segments de droitesparallèles. Sur le plan technique,
celapermetuntrès bon réglage de la vitesse.
Un moteurasynchronepouvantfonctionner sous 220V / 50Hz n’est pas
sous-alimentési, à l’aide d’un onduleur, on ne lui applique qu’une
tension de 110V à 25Hz. Il peutainsidévelopper, à vitesseréduite, le
même couple maximal queceluiqu’ilpeutfournir à vitesseélevée.[4]
11. Réversibilité
Toutes les machines tournantessontréversibles. Dans le cas de la
machine asynchrone, étantdonnéque son rotor n’est pas excité, elle ne
peutêtreautonome. Maiselleestréversibledans le sensoùellepeutfournir
de la puissance au réseau en fonctionnant en charge.
12. Vocabulaire
asynchrone champ tournantsynchrone cage d’écureuil rotor bobiné
courantsinduits
glissement
courant
réactifoumagnétisantdémarrageétoile - triangle démarragestatorique
démarragerotorique puissance transmise puissance
mécaniquetotalepertesconstantes
13. Complément :caractéristiques T=f(n) de
quelques charges
Le démarrage d’un système (charge) par unmoteur ne peutavoir lieu
quesi à chaque instant le couple moteurestsupérieur au couple
résistant plus l’inertie du système.
Machine à puissance constante (enrouleuse, compresseur, essoreuse)
Machine à couple constant (levage, pompe)
Machine à couple proportionnel à la vitesse (pompevolumétrique,
mélangeur)
Machine à couple proportionnel au carré de la vitesse (ventilateur)[1]
14. Bibliographieetorigine de
certainesillustrationsw
[1]Physique Appliquée,
[2]terminaleélectrotechnique - collection R. Mérat et R. Moreau édition Nathan technique 1994.
[2]Electrosystème,
[3]première STI - H. Ney - édition Nathan technique 1996.
Physique
appliquée,
[4]terminalegénieélectrotechnique - Delva, Leclercq, Trannoy édition Hachette éducation 1994.