Les moteurs électriques industriels asynchrones sont de plus en plus utilisés dans diverses applications, notamment en raison de leur simplicité de conception et de leur efficacité énergétique. Dans cet article, nous allons expliquer ce qu’est un moteur électrique industriel asynchrone et comprendre les principes fondamentaux de son fonctionnement.
Qu’est-ce qu’un moteur électrique asynchrone ?
Un moteur électrique asynchrone est une machine électrique rotative qui transforme l’énergie électrique en énergie mécanique. Il tire son nom du fait que sa vitesse de rotation n’est pas directement liée à la fréquence du courant alternatif qui l’alimente, contrairement aux moteurs synchrones. Cette différence de vitesse est appelée glissement et permet à ces moteurs de s’adapter à différents besoins sans avoir recours à un dispositif de contrôle de vitesse complexe.
Par ailleurs, les moteurs asynchrones se composent principalement de deux parties :
- Le stator : il est fixe et constitue la partie externe du moteur. Il est constitué d’une structure en acier laminé et d’enroulements conducteurs où circule le courant alternatif, générant ainsi un champ magnétique tournant.
- Le rotor : il est situé à l’intérieur du moteur et est capable de tourner autour de son axe. Il est également constitué d’une structure en acier et de conducteurs, mais contrairement au stator, le courant qui y circule est induit par le champ magnétique tournant du stator.
Principe de fonctionnement des moteurs électriques asynchrones
Lorsqu’un moteur électrique industriel asynchrone est alimenté par un courant alternatif, le champ magnétique créé dans les enroulements du stator varie en intensité et en direction, ce qui entraîne la formation d’un champ magnétique tournant. Ce dernier se déplace à une vitesse appelée vitesse de synchronisme.
Le champ magnétique tournant induit des courants électriques dans les conducteurs du rotor. Ces courants génèrent à leur tour un champ magnétique propre au rotor, qui interagit avec le premier champ magnétique. La résultante de ces deux champs magnétiques crée une force qui pousse le rotor à se mettre en mouvement pour suivre la rotation du champ magnétique tournant.
Comme mentionné précédemment, la vitesse de rotation du rotor est légèrement inférieure à celle du champ magnétique tournant : c’est le glissement. Plus le glissement est important, plus le couple fourni par le moteur sera élevé pour s’adapter aux charges mécaniques appliquées (démarrage, variations de charge…).
Types de rotors utilisés dans les moteurs asynchrones
Il existe deux principaux types de rotors que l’on retrouve dans les moteurs électriques industriels asynchrones :
- Le rotor à cage d’écureuil : il est constitué de conducteurs courts-circuités entre eux aux extrémités et insérés dans des fentes de la structure en acier. Ces conducteurs créent une « cage » fermée qui ressemble à une roue de hamster, d’où le nom « cage d’écureuil ». Ce type de rotor est le plus répandu, car il présente un faible coût de fabrication et une grande simplicité de maintenance.
- Le rotor bobiné : ses conducteurs sont enroulés sur toute leur longueur et reliés à des barres collectrices externes, permettant de les shunter ou de les alimenter avec différentes tensions pour ajuster les caractéristiques du moteur. Les rotors bobinés sont moins courants que les rotors à cage d’écureuil, mais offrent une certaine flexibilité dans la régulation et l’ajustement du couple et de la vitesse du moteur.
Applications et avantages des moteurs électriques industriels asynchrones
Les secteurs industriels utilisent principalement les moteurs électriques asynchrones pour plusieurs raisons :
- Leur simplicité de construction et d’entretien rend ces machines peu coûteuses et durables;
- Ils présentent une bonne efficacité énergétique et permettent des économies d’énergie;
- Leurs propriétés de glissement, leur adaptation à différents couples et la flexibilité de leur contrôle les rendent idéals pour diverses applications;
- Leur fonctionnement en auto-protection thermique, qui limite les risques de surchauffe et protège contre les problèmes électriques (variation brusque ou chute de tension, court-circuit…).
Ces moteurs sont largement utilisés dans des domaines tels que l’industrie agroalimentaire, chimique et pétrochimique, automobile, aéronautique, textile, métallurgie, construction mécanique… Ils sont également employés pour le pilotage d’équipements variés tels que les pompes, ventilateurs, compresseurs, machines-outils, convoyeurs, broyeurs…
Notions complémentaires pour une meilleure compréhension des moteurs asynchrones
Il existe également d’autres aspects à prendre en compte concernant les moteurs électriques industriels asynchrones :
- Le rendement : il est défini par le rapport entre la puissance utile (mécanique) restituée et la puissance électrique consommée. Il témoigne de l’efficacité du moteur dans la transformation de l’énergie électrique en énergie mécanique.
- La capacité de surcharge : elle exprime la capacité du moteur à supporter des charges supérieures à sa puissance nominale pendant un certain temps. Cette caractéristique varie selon les types de rotors et les conditions d’utilisation du moteur.
- L’isolation électrique : elle est essentielle pour garantir la sécurité et le bon fonctionnement du moteur. Les enroulements et les conducteurs doivent être correctement isolés afin d’éviter tout contact entre des éléments sous tension et des parties métalliques (çela peut engendrer des courts-circuits ou des fuites de courant).
En résumé, un moteur électrique industriel asynchrone est une machine simple, robuste et d’un bon rendement énergétique, qui transforme l’énergie électrique en énergie mécanique grâce à l’interaction entre deux champs magnétiques générés respectivement par le stator et le rotor. Leur capacité à s’adapter aux différents besoins et contraintes de charge en fait un choix privilégié pour de nombreuses applications industrielles.
