Pourquoi le moteur asynchrone tourne toujours un peu moins vite que prévu ? En effet, le champ magnétique tournant dans lequel est plongé le rotor entraîne ce dernier, mais à une vitesse légèrement inférieure. C’est précisément cette (petite) différence de vitesse qui permet au moteur asynchrone d’être moteur… Cet article présente le principe de fonctionnement du moteur asynchrone. Le moteur asynchrone est constitué de deux parties : le stator et le rotor.

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Vue en coupe d’un moteur asynchrone

Le stator du moteur asynchrone

Le stator est la partie fixe « statique » du moteur. Le stator est formé d’une carcasse ferromagnétique qui contient trois enroulements électriques. Le passage du courant dans les trois enroulements crée un champ magnétique à l’intérieur du stator. Sur les moteurs triphasés, il y a 3 enroulements alimentés (en étoile 230V ou en triangle 400V) chacun par une phase. Pour le moteur asynchrone, le stator est l’inducteur (celui qui « induit », celui qui crée le champ magnétique).

Au centre des 3 enroulements se trouve le rotor.

Le rotor du moteur asynchrone

C’est l’élément en rotation (d’où son nom de « rotor ») qui transmet la puissance mécanique. Il se trouve au centre du moteur et est soumis au champ magnétique créé par le stator. Pour le moteur asynchrone, le rotor est l’induit (celui qui subit les courants « induits »).

Principe de fonctionnement : définitions

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Principe du moteur asynchrone triphasé

Création d’un champ tournant

Les 3 enroulements du stator sont orientés à 120° l’un par rapport à l’autre. Alimentés en courant triphasé (chaque courant est déphasé de 1/3 période), ces enroulements créent un champ magnétique tournant. La vitesse de rotation de ce champ magnétique s’appelle vitesse de synchronisme. Sa valeur en tours par secondes est égale à la fréquence en Hz (50 Hz pour l’Europe) du réseau qui alimente les bobines.

La vitesse de synchronisme est nommée Ωs en rad/s ou ns en (tours/s). On a alors Ωs = 2.Pi.ns

Mise en pratique des moteurs asynchrones

Sur les moteurs asynchrones, la vitesse de synchronisme dépend de la fréquence d’alimentation et du nombre de paires de pôles (p) :

Ωs = 2.Pi.f/p ou ns = f/p avec ns en tours/s.

Exemple : vitesse de synchronisme pour un moteur à 4 pôles (2 paires de pôles : p=2) alimenté en 50Hz

ns = f/p = 50/2 = 25 tours/s = 1500 tours/min

Principe : Mise en mouvement d’une spire en court circuit (rotor)

Pourquoi le rotor a tendance à tourner quand on alimente le stator du moteur ?

Imaginons une spire en court circuit en libre rotation sur un axe perpendiculaire au plan des bobines et au centre de ces 3 bobines. Cette spire est soumise au champ tournant, comme si on faisait tourner un aimant autour de l’axe. Il s’y déclenche donc des courants de Foucault (qui peuvent exister puisque la spire est refermée sur elle-même). Ces courants créent une force de Laplace qui tend à mettre la spire en rotation pour s’opposer à la cause qui leur a donné naissance, d’après la loi de Lenz. La spire en court circuit part ainsi à la « poursuite » du champ magnétique tournant.

Mais la spire ne rattrape jamais le champ tournant !

En effet, imaginons que la spire tourne à la même vitesse que le champ tournant (Ωs). Dans son référentiel, elle ne verrait alors plus de variation de champ magnétique (comme si quelqu’un tourne autour d’un manège en mouvement à la même vitesse que lui : il est alors immobile par rapport au manège).

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Dans le référentiel du manège, le coureur est immobile

Et si la spire tournait à la même vitesse (vitesse de synchronisme) ?

Si la spire tournait à la même vitesse que le champ tournant, elle serait immobile par rapport au champ tournant, comme le coureur qui court à côté du manège aussi vite que lui. Les courants de Foucault s’annuleraient, et donc le couple qu’ils créent s’annulerait aussi. La spire (qui représente le rotor du moteur) ne serait plus entraînée et aurait tendance à ralentir (aller moins vite).

Le rotor n’a aucun contact électrique avec le stator (pas de charbons, balais ou autres systèmes de transmission du courant).

Le glissement dans un moteur asynchrone, c’est quoi ?

Il existe donc toujours une différence de vitesses de rotation entre le champ magnétique tournant généré par le stator (Ωs) et le rotor (Ω). Cette différence s’appelle le glissement. Un observateur placé sur le rotor voit ainsi « glisser » le champ magnétique autour de lui.

Le glissement (g) est défini comme un rapport et n’a pas d’unité. C’est l’écart relatif de vitesse :

g = (Ωs – Ω) / Ωs = (ns – n)/ns

C’est à cause du glissement que le moteur est appelé « asynchrone ».

Mot de la fin

Le moteur asynchrone est un moteur très utilisé. Sa simplicité de fonctionnement et l’absence de contact électrique entre stator et rotor en font une pièce de choix pour l’industrie. Sa vitesse de rotation est toujours un peu inférieure à la vitesse théorique liée à la fréquence du réseau et au nombre de pôles. Cette différence s’appelle le glissement.