Cours moteur asynchrone

Chap. II : La machine asynchrone triphasée
I. Domaines d'utilisation du moteur asynchrone
Le moteur asynchrone est le moteur électrique le plus utilisé dans l’industrie.
Il est peu coûteux, robuste, et son entretien est très limité.
Ce type de moteur équipe la quasi-totalité des machines-outils classiques et la plupart des postes
de travail des usines (scies, raboteuses, bobineuses, tapis-roulants, pompes, compresseurs,
perceuses, tours, fraiseuses,…).
Grâce aux progrès de l’électronique de puissance, les moteurs asynchrones associés à des
onduleurs sont de plus en plus utilisés en traction (TGV, tramway).
II. Constitution et principe de fonctionnement
1. Le stator
Le stator est composé de 3p bobines alimentées par un système de tensions triphasées de
fréquence f.
Le stator constitue l'inducteur : les 3p bobines créent, dans l'entrefer, un champ magnétique
tournant à la vitesse de synchronisme ΩS (en rad/s) ou nS (en tr/s).
OMEGAs=ω
p
ou :
ns=f
p
(car ω=2πf et ΩS=2πnS)
On accède aux enroulements statoriques grâce à six bornes de la plaque à bornes du moteur :
Le couplage (étoile ou triangle) des enroulements du stator sur le réseau doit tenir compte :
des indications sur la plaque signalétique du moteur asynchrone, sachant que la tension
la plus faible représente la tension nominale aux bornes d'un enroulement du stator.
du réseau triphasé dont on dispose :
Sur le réseau triphasé V / U (V: tension simple; U: tension composée) , le moteur sera couplé :
• en étoile (Y) si la tension aux bornes d'un enroulement correspond à la tension V.
- 1 -
ΩS : vitesse de synchronisme en rad/s
ω : pulsation des tensions du réseau en rad/s
p : paire de pôles
nS : vitesse de synchronisme en tr/s
f : fréquence des tensions du réseau en Hz
p : paire de pôles
1
2
3

• en triangle (∆) si la tension aux bornes d'un enroulement correspond à la tension U.
Exemple : sur la plaque signalétique, on peut lire les indications : 220V/380V.
sur le réseau 130V / 230V : le stator sera couplé en triangle.
sur le réseau 230V / 400V : le stator sera couplé en étoile.
2. Le rotor
a. Il existe deux types de rotor :
rotor à "cage d'écureuil"
rotor bobiné
- 2 -
Des barres en cuivre ou en aluminium logées dans les encoches d'un cylindre ferromagnétique sont
mises en court-circuit.
Il est constitué de 3 enroulements de structure semblable à ceux du stator. L'accès aux
enroulements se fait par 3 bornes, la connexion électrique entre les bornes fixes et les
enroulements en rotation se fait par un système de bagues et balais. Grâce à ces balais, le rotor
bobiné est fermé sur lui-même directement (mis en court-circuit) ou par l'intermédiaire de
résistances.
3
2
1
3
2
1
Rotor à cage d'écureuil et son ventilateur rotor à cage d'écureuil

b. Justification de la rotation
Les conducteurs du rotor (barreaux du rotor à cage d'écureuil ou bobines du rotor bobiné) en
court-circuit sont soumis au champ tournant créé par le stator alimenté par le réseau.
Etant soumis à un flux variable, les conducteurs sont parcourus par des courants induits
(courants de Foucault).
L'intéraction du champ produit par ces courants induits et du champ tournant du stator se traduit
par un couple.
D'après la loi de Lenz, l'effet des courants induits s'opposent à la cause qui lui a donné
naissance. C'est pourquoi la vitesse de rotation du rotor est inférieure à la vitesse de
synchronisme (vitesse du champ tournant créé par le stator).
c. Le glissement
Le glissement exprime l'écart relatif entre la vitesse de synchronisme et la vitesse de rotation de
l'arbre du moteur.
Il est défini par :
g=OMEGAs−OMEGA
OMEGAs
avec Ωs et Ω en rad/s
ou
g=ns−n
ns
avec ns et n en tr/s
ou
g=n' s−n'
n' s
avec n's et n' en tr/min
Le glissement n'a pas d'unité et s'exprime généralement sous la forme d'un pourcentage.
Exemples : - au démarrage: g = 1 (car Ω=0)
- à vide : g ≈ 0 (car n ≈ nS)
- dans les conditions nominales, le glissement est de l'ordre de 2 à 5 %
3. Symboles du moteur asynchrone
Moteur à rotor en cage d'écureuil Moteur à rotor bobiné
- 3 -
M
3∼
M
3∼

III. Bilan des puissances d'un moteur asynchrone
•Pa : Puissance électrique absorbée : Pa =
3UI cosϕ
•pJS : Pertes par effet Joule dans le stator :
Si r est la résistance d'un enroulement :
pJS = 3rI² dans le cas d'un couplage étoile
pJS = 3rJ²=
3r
I
3
²
= rI² dans le cas d'un couplage triangle
Si R est la résistance mesurée entre deux bornes, quelque soit le couplage :
pJS =
3
2RI ²
•pFS : Pertes dans le fer au stator : elles dépendent de U et f
•Ptr : Puissance transmise au rotor par le couple électromagnétique développé grâce au
champ tournant
Ptr = Pa – pJS - pFS
Ptr = Tem
OMEGAs
avec Tem : moment du couple électromagnétique
(Nm)
La puissance transmise au rotor est convertie d'une part en puissance mécanique PM et
- 4 -
Pa
pJS pJR
pm
Pu
Stator Rotor
PM
Ptr
pFS
(Montage étoile : R=2r, donc r =R/2
Montage triangle : R=2r//r=2r²/3r=2r/3, donc r=3R/2)
pFR

d'autre part en pertes fer au rotor et pertes par effet Joule pJR dans les conducteurs du
rotor.
•PM : Puissance mécanique totale : PM = TemΩ
Tem=Ptr
OMEGAs
=PM
OMEGA ⇒PM=Ptr
OMEGA
OMEGAs
=Ptr
OMEGAs1−g
OMEGAs
PM = Ptr(1-g)
•pFS : pertes fer rotoriques : elles sont négligeables, car la fréquence des courants
rotoriques est très faible (fR = g.fS)
•pJR : pertes par effet Joule dans le rotor :
pJR = Ptr – PM = Ptr – Ptr(1-g)
pJR = gPtr
•pm : Pertes mécaniques : elles sont dues aux différents frottements
pm = Tp. Ωavec Tp : moment du couple de pertes (Nm)
•Pu : Puissance mécanique utile :
Pu = TuΩ avec Tu : moment du couple utile (Nm) et Tu = Tem-Tp
Pu = PM-pm = Ptr(1-g)-pm = Pa – pJS - pFS – pJR -pm
Expression du rendement
η=Pu
Pa
=TuOMEGA
3UI cosϕ
Expression approchée du rendement : au voisinage de sa puissance nominale, on peut négliger
les pertes du moteur sauf celles perdues par effet joule dans le rotor.
η=Pu
Pa
≈PM
Pa
≈Ptr 1−g
Ptr
≈1−g
(C'est la valeur limite supérieure du rendement. Ce résultat montre qu'il faut que le glissement
reste faible.)
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