Caractéristiques des moteurs asynchrones

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Caractéristiques des moteurs asynchrones

Courbes du moteur asynchrone

Le moteur asynchrone se comporte, comme un transformateur en court-circuit via sa cage qui joue le rôle de secondaire. Ce cct, répercuté aux bobines inductrices (primaires), engendre une intensité Id maximale au démarrage, généralement comprise entre 6 et 7 In (I nominal) ! Au fur et à mesure que le rotor prend de la vitesse, sa tension induite diminue entraînant le diminution de la puissance requise au rotor (secondaire) et donc par effet transformateur, au primaire. L'intensité In nominale mentionnée sur la plaque à borne correspond à la puissance mécanique fournie et elle aussi mentionnée sur la plaque. A vide, l'intensité est bien moindre !
Certains rotors proposaient 2 cages, une résistive en périphérie pour limiter Id et optimiser le couple. L'usage de variateurs convertisseurs de fréquence remplace ce procédé coûteux et complexe.

Puisque l'intensité est maximale au démarrage, les pertes Joule (PJ = R × I²) le sont aussi. Résultat d'un compromis entre la puissance visée, l'encombrement et l'efficacité, la résistance globale du moteurIl faut tenir compte des résistances statoriques et de la résistance rotorique..., engendre des pertes Joule qui deviennent non négligeables quand on dépasse la puissance nominale...
Là encore l'emploi de moteur à double cage mais surtout des variateurs permet de palier ce problème.
(démarrage à fréquence plus faible).

Courbe rendement et cosinus phi moteur asynchrone

Le rendement du moteur est évidemment nul à vide, aucune puissance n'est fournie, puis maximal à la puissance nominale. Au delà de cette valeur le η s'écroule notamment à cause des pertes Joule. Dans les Conseils+ on aborde les pertes fer
La courbe de cosinus φ est proche de celle du rendement η. Effectivement le Cos φ est un important constituant du rendement électrique d'un moteur. Mais il n'est pas seul contrairement à ce que trop souvent avancé !
Dans les Conseils+ on détaille les différentes pertes (fer...) et le Cos φ.

Enfin le couple ! Le grand défaut du très robuste moteur asynchrone réside dans cette courbe : le couple est inférieur, pendant le démarrage, au couple obtenu à régime nominal.
Là encore les variateurs permettent de compenser cette faiblesse et de s'approcher de son ancien rival : le moteur à courant continu (avec balais). Le couple est pénalisé au démarrage à cause des pertes Joule qui convertissent en chaleur une grande partie de la puissance consommée...

Rendement du M.A.S en détail :

Très proche de celui d'un transformateur, le rendement d'un moteur asynchrone triphasé peut dépasser 90%. Les pertes sont essentiellement par effet Joule comme le démontre le schéma ci-dessous :
Pertes du moteur asynchrone

Ce schéma n'inclue pas les éventuelles pertes dues au variateur d'alimentation ni le cosinus phi admis comme compensé puisque Pa exprime ici la puissance absorbée en Watt et non S en VA

Pa = Puissance électrique absorbée
Ps = Puissance transmise par le stator
Pr = Puissance transmise par le rotor
Pu = Puissance mécanique réellement utile

St = Pertes statoriques : pertes JouleP = Rs (résistance bobines du stator en Ω) × I²
On prend R d'1 seule bobine pour le calcul, par le jeu des couplages λ / Δ
Les 3 résistances / √3² s'annulent ! et pertes fer
Rt = Pertes rotoriques : très faibles, liées au glissementIci_vu_au_survol
Mc = Pertes mécaniques (frottements : roulements et ventilation)

Vidéo : mesure de vitesse d'un moteur asynchrone (ou autre)

Mesure de la vitesse du moteur asynchrone suivant 2 méthodes : avec tachymètre à infra-rouge laser, puis par le biais de notre lampe stroboscopique Mesure vitesse du moteur asynchrone

à LED.

On met en évidence la caractéristique principale de l'asynchrone : le glissement inhérent à tout moteur de ce type (mono ou triphasé) sauf si ce glissement est compensé par un variateur de vitesseConvertisseur de fréquence industriel !

IE, efficacité énergétique, classification

Le rendement ou efficacité énergétique des moteurs asynchrones à induction est désormais exprimé par l'indice IELa directive européenne Ecodesign IEC 60034-30 remplace les anciennes normes EFF, NEMA, EPAct... :

IE1 : Efficacité standart
IE2 : Efficacité supérieure
IE3 : efficacité premium
IE4 : efficacité super premium

Un moteur IE4 offre déjà 95% de rendement dès 50 kW de puissance restituée.
Un moteur IE1 est alors à "seulement" 92%...
Classification IE2, IE3, IE4, IE1 moteurs induction

Classification IE2, IE3, IE4, IE1 moteurs induction

Retour de réparation
Re-Bobinage d'un moteur triphasé. ? Sens des bobines !

Vidéo ci-dessus : apprendre à vérifier le sens des bobines !

Comme vu sur l'écran précédent, un moteur peut être réparé en effectuant un re-bobinage su stator.
Il arrive alors que le sens n'est pas été respecté, il convient de le vérifier.
Comme le démontre cette vidéo, il faut disposer d'un galvanomètre à aiguille et se souvenir de la loi sur l'induction !

Réparation : re-bobinage moteur
Re-Bobinage d'un moteur triphasé.

on notera l'utilisation d'un galvanomètre à aiguille !

Autres couplages

D'autres couplages permettaient bien des vitesses différentes encore mais leur complexité et l'arrivée de convertisseurs de fréquenceLes variateurs pour moteurs à courant alternatif rend ces moteurs et leur couplages obsolètes...
Couplages multiples