Un triphasé asynchronemoteurIl s'agit d'un type de moteur à induction alimenté par un courant alternatif triphasé de 380 V (déphasage de 120°). Le rotor et le stator d'un moteur asynchrone triphasé tournent dans le même sens mais à des vitesses différentes, ce qui engendre un glissement. C'est pourquoi on l'appelle moteur asynchrone triphasé.
La vitesse du rotor d'un moteur asynchrone triphasé est inférieure à celle du champ magnétique tournant. L'enroulement du rotor génère une force électromotrice et un courant grâce à son mouvement relatif avec le champ magnétique, et interagit avec ce dernier pour produire un couple électromagnétique, assurant ainsi la conversion d'énergie.
Comparé à l'asynchrone monophasémoteurs, triphasé asynchronemoteursprésentent de meilleures performances opérationnelles et permettent d'économiser divers matériaux.
Selon la structure du rotor, les moteurs asynchrones triphasés peuvent être classés en deux catégories : à cage et bobinés.
Le moteur asynchrone à rotor à cage d'écureuil possède une structure simple, un fonctionnement fiable, un poids léger et un prix abordable, ce qui explique sa large utilisation. Son principal inconvénient réside dans la difficulté de régulation de sa vitesse.
Le rotor et le stator d'un moteur asynchrone triphasé bobiné sont également équipés d'enroulements triphasés et reliés à un rhéostat externe par des bagues collectrices et des balais. Le réglage de la résistance du rhéostat permet d'améliorer les performances de démarrage du moteur et d'ajuster sa vitesse.
Principe de fonctionnement d'un moteur asynchrone triphasé
Lorsqu'un courant alternatif triphasé symétrique est appliqué à l'enroulement du stator triphasé, un champ magnétique tournant est généré qui tourne dans le sens horaire le long de l'espace circulaire intérieur du stator et du rotor à la vitesse synchrone n1.
Étant donné que le champ magnétique tournant tourne à la vitesse n1, le conducteur du rotor est stationnaire au début, donc le conducteur du rotor coupera le champ magnétique tournant du stator pour générer une force électromotrice induite (la direction de la force électromotrice induite est déterminée par la règle de la main droite).
Du fait du court-circuitage du conducteur rotorique à ses deux extrémités par un anneau de court-circuit, sous l'effet de la force électromotrice induite, ce conducteur génère un courant induit sensiblement dans le même sens que cette force. Le conducteur parcouru par ce courant est soumis à une force électromagnétique dans le champ magnétique du stator (dont le sens est déterminé par la règle de la main gauche). Cette force électromagnétique induit un couple électromagnétique sur l'arbre rotorique, entraînant la rotation du rotor dans le sens du champ magnétique tournant.
L'analyse précédente permet de conclure que le principe de fonctionnement d'un moteur électrique est le suivant : lorsqu'un courant alternatif triphasé symétrique alimente les enroulements triphasés du stator (déphasés de 120° chacun), un champ magnétique tournant est généré. Ce champ magnétique induit un courant dans l'enroulement rotorique (qui constitue un circuit fermé). Sous l'action du champ magnétique tournant du stator, le conducteur rotorique parcouru par ce courant génère une force électromagnétique, induisant ainsi un couple électromagnétique sur l'arbre moteur. Ce couple entraîne la rotation du moteur dans le même sens que le champ magnétique tournant.
Schéma de câblage d'un moteur asynchrone triphasé
Schéma de câblage de base des moteurs asynchrones triphasés :
Les six fils de l'enroulement d'un moteur asynchrone triphasé peuvent être divisés en deux méthodes de connexion de base : la connexion delta-delta et la connexion étoile.
Six fils = trois enroulements de moteur = trois extrémités de tête + trois extrémités de queue, avec un multimètre mesurant la connexion entre les extrémités de tête et de queue du même enroulement, c'est-à-dire U1-U2, V1-V2, W1-W2.
1. Méthode de connexion en triangle delta pour les moteurs asynchrones triphasés
La méthode de connexion en triangle delta consiste à connecter les extrémités de trois enroulements en série pour former un triangle, comme illustré sur la figure :
2. Méthode de connexion en étoile pour les moteurs asynchrones triphasés
Le montage en étoile consiste à relier les extrémités de trois enroulements (queue ou tête), les trois autres fils servant à l'alimentation. Le montage est illustré sur la figure.
Explication du schéma de câblage d'un moteur asynchrone triphasé (figures et texte).
Boîte de jonction pour moteur triphasé
Lors du raccordement du moteur asynchrone triphasé, la méthode de connexion de la pièce de connexion dans la boîte de jonction est la suivante :
Lorsque le moteur asynchrone triphasé est raccordé en angle, la méthode de raccordement du boîtier de jonction est la suivante :
Il existe deux méthodes de connexion pour les moteurs asynchrones triphasés : la connexion en étoile et la connexion en triangle.
Méthode de triangulation
Pour des bobines de même tension et de même diamètre de fil, le bobinage en étoile présente trois fois moins de spires par phase (1,732 fois) et une puissance trois fois inférieure à celle du bobinage en triangle. Le mode de bobinage du moteur fini est conçu pour supporter une tension de 380 V et n'est généralement pas modifiable.
Le mode de connexion ne peut être modifié que si la tension triphasée diffère de la tension nominale de 380 V. Par exemple, à 220 V, il est possible de passer d'une connexion en étoile (initialement prévue pour une tension triphasée de 380 V) à une connexion en triangle. À 660 V, une connexion en triangle (initialement prévue pour une tension triphasée de 380 V) peut être remplacée par une connexion en étoile, sans modification de la puissance. Généralement, les moteurs de faible puissance sont connectés en étoile, tandis que les moteurs de forte puissance sont connectés en triangle.
À tension nominale, un moteur à couplage triangle doit être utilisé. Le passage à un couplage étoile entraîne un fonctionnement à tension réduite, ce qui diminue la puissance du moteur et le courant de démarrage. Lors du démarrage d'un moteur de forte puissance (couplage triangle), le courant est très élevé. Afin de réduire l'impact de ce courant sur le réseau, un démarrage par abaissement de tension est généralement mis en œuvre. Une méthode consiste à passer d'un couplage triangle initial à un couplage étoile pour le démarrage. Une fois le démarrage en étoile amorcé, le moteur est reconverti en couplage triangle pour le fonctionnement normal.
Schéma de câblage d'un moteur asynchrone triphasé
Schéma physique des lignes de transfert directe et inverse pour les moteurs asynchrones triphasés :
Pour commander un moteur en marche avant et en marche arrière, deux phases quelconques de son alimentation peuvent être ajustées l'une par rapport à l'autre (on parle alors de commutation). Généralement, la phase V reste inchangée, tandis que les phases U et W sont ajustées l'une par rapport à l'autre. Afin de garantir un échange fiable de la séquence de phases du moteur lors de l'actionnement de deux contacteurs, le câblage doit être identique au niveau de la borne supérieure du contacteur, et la phase doit être ajustée au niveau de la borne inférieure. Du fait de l'inversion de la séquence de phases, il est impératif d'empêcher la mise sous tension simultanée des deux bobines KM, sous peine de provoquer de graves courts-circuits entre phases. Un verrouillage est donc indispensable.
Pour des raisons de sécurité, un circuit de commande marche avant/arrière à double verrouillage avec verrouillage par bouton (mécanique) et verrouillage par contacteur (électrique) est souvent utilisé ; grâce au verrouillage par bouton, même si les boutons marche avant et marche arrière sont enfoncés simultanément, les deux contacteurs utilisés pour le réglage de phase ne peuvent pas être alimentés simultanément, évitant ainsi mécaniquement les courts-circuits entre phases.
De plus, grâce au verrouillage des contacteurs utilisés, tant que l'un d'eux est alimenté, son contact longtemps fermé reste imperdable. Ainsi, lors de l'application d'un double verrouillage mécanique et électrique, le système d'alimentation du moteur est protégé contre les courts-circuits entre phases, ce qui prévient efficacement les accidents liés à ces courts-circuits lors de la modulation de phase, susceptibles d'endommager le contacteur.
Date de publication : 7 août 2023
