Le moteur asynchrone
1) Principe de fonctionnement du moteur asynchronne :
Expérience 1 :
Lorsque l'on fait tourner un aimant, on crée un champ magnétique tournant. Si on place un disque en métal dans ce champ magnétique tournant, alors le disque se met à tourner.
Le disque essaie de rattraper le champ magnétique sans jamais y parvenir, il tourne donc à une vitesse inférieur à celle du champ.
Voilà pourquoi on appelle cela un moteur asynchrone, le disque n'a pas la même vitesse que le champ tournant (pas de synchronisme).
On dit aussi que le rotor a un glissement par rapport au champ tournant.
Création d'un champ tournant :
Pour créer un champ tournant, il faut alimenter 3 bobines placées sur des axes à 120° les uns des autres par un système de tensions sinusoïdales triphasées.
Un système de tensions sinusoïdales triphasées est composé de 3 tensions sinusoïdales décalées dans le temps de 1/3 de période les unes par rapport aux autres (c'est à dire de 120°).
Expérience 2 :
Un cylindre métallique est placé dans un champ tourant crée par 3 bobines placées à 120° les unes par rapport aux autres et alimantées par un système de tensions triphasées 50Hz.
A la fin de la vidéo, le disque est éclairé par une lumière stroboscopique de 50Hz et on remarque que le repère sur le disque n'est jamais au même endroit => le champ tournant et le cylindre ne vont pas à la même vitesse.
2) Constitution d'un moteur asynchrone :
Le stator :
Il reçoit les bobinages qui créent le champ tournant. On peut placer plusieurs jeux de 3 bobines :
- Si le stator est composé d'un jeu de 3 bobines alors le champ tournant a une paire de pôles et sa fréquence est celle de la tension d'alimentation des bobines.
- Si le stator est composé de 2 jeux de 3 bobines alors le champ tournant a deux paires de pôles et sa fréquence vaut la moitié de celle de la tension d'alimentation des bobines.
- Si le stator est composé de 3 jeux de 3 bobines alors le champ tournant a trois paires de pôles et sa fréquence vaut le tiers de celle de la tension d'alimentation des bobines.
- ...
Le rotor :
Le rotor peut être bobiné mais très souvent il s'agit d'un rotor à cage d'écureil. Il est constitué de barres conductrices (souvent en aluminium) reliées entre elles par 2 anneaux conducteurs de manière à former une cage d'écureuil. Cette cage d'écureuil est remplie par un empilement de toles.
La constitution du moteur asynchrone est extrêmement simple et robuste (pas de pièces qui frottent comme dans l'ensemble balais-collecteurs du moteur à courant continu). C'est de loin le moteur électrique le plus utilisé pour les puissance supérieures à 1000W.
3) Le moteur asynchrone monophasé :
Nous avons vu que pour créer un champ magnétique tournant, il fallait alimenter un ou plusieurs jeux de 3 bobines placées à 120° les unes des autres par un système de tensions sinusoïdales triphasées.
Il est aussi possible de créer un champ magnétique tournant en alimentant 2 bobines (placées à 90° l'une par rapport à l'autre) par 2 tensions en quadrature, c'est à dire qu'une tension est décalée d'1/4 de période par rapport à l'autre (90°).
Si on ne dispose que d'une tension monophasée, il faudra utiliser des artifices afin de créer cette deuxième tension en quadrature. Pour cela il existe plusieurs techniques :
Avec un condensateur de déphasage:
Le moteur est constitué :
- d'une bobine principale.
- d'un circuit auxiliaire constitué d'une bobine (placées à 90° par rapport à l'autre bobine) branchée en série avec un condensateur.
La bobine principale et le circuit auxiliaire sont alimentés par la même tension monophasé.
Le condensateur provoque dans la bobine du circuit auxiliaire, le déphasage necessaire à la création du champ tournant.
Si on désire un meilleur démarrage, il est possible d'ajouter un deuxième condensateur (en paralèle sur le premier) qui est coupé par un contact centrifuge lorsque le rotor est lancé.
On retrouve ce type de moteur dans les appareils electro-ménagers (moteurs de machine à laver...)
Avec des bagues de déphasages (spires de Fragger) :
Le moteur est constitué d'une seule bobine. Des bagues de déphasages (spires de frager) sont placées dans le circuit magnétique et jouent le rôle de l'enroulement auxiliaire.
Ce type de moteur a un rendement nettement inférieur à celui avec condensateur et sera utilisé uniquement pour les faibles puissances (pompe de vidange de machine à laver, petit ventilateur...).