Moteur à courant alternatif triphasé (2) - Cours d'Electricité avec Maxicours

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Moteur à courant alternatif triphasé (2)

1. Moteur à rotor bobiné
a. Démarrage du moteur à rotor bobiné

Les résistances servent à la fois à réduire le courant lors du démarrage et à augmenter le couple.

Avec l'augmentation de la vitesse, on réduit la valeur des résistances afin d'obtenir un rendement maximal. Ce moteur peut donc endurer une période de démarrage relativement longue tout en supportant une charge, donc un couple de démarrage élevée.

b. Variation de la vitesse

Il est possible, avec ce type de moteur, d'obtenir une variation de la vitesse de façon relativement efficace. Pour ce faire, on utilise la même série de résistances qui a servi pour le démarrage.

On diminue alors la vitesse en augmentant la valeur des résistances du rhéostat. Le grand problème que l'on rencontre avec cette façon de procéder est la perte de puissance mécanique du moteur. En effet, une partie de la puissance se perd en chaleur dans les résistances.

Par exemple, un moteur qui fournit 100 kW à 3 000 min-1 ne pourra produire que 40 kW lorsqu'on diminuera la vitesse de moitié. Ce phénomène rend les grandes variations de vitesse peu efficaces.

c. Avantages et inconvénients du moteur à rotor bobiné

Les principaux avantages de ce type de moteur se situent sur le plan du démarrage. Un fort couple ainsi qu'un faible courant, lors du démarrage, sont des caractéristiques très appréciées pour certaines utilisations. Un autre point intéressant de ce moteur est sa capacité de faire varier la vitesse grâce à une série de résistances.

Par contre, ce moteur est plus coûteux que celui à cage d'écureuil. D'autre part, son rendement diminue lorsqu'on tente de faire varier sa vitesse, ce qui peut entraîner des coûts non négligeables.

d. Exemples d'utilisation
Même si les moteurs triphasés à rotor bobiné sont moins populaires que ceux à cage d'écureuil, ils demeurent tout de même assez utilisés. On peut donner, en guise d'exemple, les grues et les treuils électriques, les concasseurs ainsi que les ascenseurs.
2. Inversion du sens de rotation moteur triphasé

L'inversion du sens de rotation d'un moteur triphasé à induction est très simple : il suffit d'inverser deux des trois phases (peu importe lesquelles).

La deuxième figure reprend le montage de la figure ci-dessous en y ajoutant la possibilité de changer le sens de rotation du moteur.

Démarreur étoile-triangle :

Inversion du sens de rotation :

Il est possible, avec ce type de moteur, d'inverser son sens de rotation sans le stopper ; celui-ci ralentira et, par la suite, accélérera dans le sens inverse. Cela peut être pratique si on désire freiner rapidement le moteur.

Tout ce qu'il s'agit de faire, c'est d'inverser le sens de rotation puis d'arrêter le moteur lorsqu'il aura suffisamment ralenti.

3. Classification de moteurs à induction

Il existe diverses classifications qui, chacune, fournissent des informations:

- sur les caractéristiques électriques et mécaniques ;

- sur les conditions environnementales.

Ces classifications servent essentiellement à aider au choix du moteur qui correspond le mieux aux exigences.

Les différences entre les moteurs sont mineures et influencent peu l'intervention du technicien d'entretien industriel.

4. Le moteur synchrone

Le moteur synchrone, comme son nom l'indique a pour principale caractéristique que la vitesse de rotation du rotor est la même que celle du champ tournant (pas de glissement).

La vitesse du moteur peut donc être calculée directement grâce à la formule suivante :

ns =  f/p

Dans laquelle :

  • ns = vitesse du moteur (tr/s ou s-1)
  • f = fréquence du réseaux (Hz)
  • p = nombre de paires de pôles

ou

Ns = 60f/p

Dans laquelle :

  • Ns = vitesse du moteur (min-1).

La vitesse ne varie pas si la fréquence et le nombre de pôles demeure constant. Les variations de la charge n'influencent pas la vitesse du moteur, sauf si cette charge devient trop lourde. Dans ce dernier cas, le moteur décroche et si la charge demeure en place, le moteur s'arrête tout simplement.

Le stator du moteur synchrone est identique à celui des moteurs triphasés à induction. La différence se situe principalement au niveau du rotor. La figure suivante présente le schéma d'un moteur synchrone, avec ses parties importantes, afin que vous puissiez bien voir le fonctionnement du moteur.

Parties d'un moteur synchrone :

On peut remarquer que le rotor du moteur est branché à une excitatrice à courant continu qui a pour fonction d'alimenter en courant continu le rotor du moteur ; par la même le rotor est magnétisé et peut donc se synchroniser sur le champ tournant.

Démarrage du moteur synchrone :

On démarre le moteur synchrone comme un moteur à induction à cage d'écureuil. Lorsque la vitesse de rotation du moteur se rapproche de la vitesse synchrone, on alimente l'excitatrice à courant continu en vue d'accélérer le moteur jusqu'à ce qu'il atteigne la vitesse synchrone. Ce phénomène s'appelle l'accrochage du moteur.

L'accrochage doit se faire à un moment très précis pour que les pôles du rotor et du stator correspondent. C'est pourquoi, les moteurs synchrones possèdent des démarreurs qui détectent le moment précis où l'alimentation de l'excitatrice CC doit se faire.

Vitesse et couple du moteur synchrone :

Par sa conception, le moteur synchrone ne permet pas une variation de la vitesse. On peut cependant obtenir la vitesse qu'on désire en choisissant un moteur qui possède un nombre précis de pôles ou encore en faisant varier la fréquence de la source triphasée.

Exemple :

On désire que le moteur ait une vitesse de rotation de 300 min-1. Quel moteur choisira-t-on si la source est à la fréquence du réseau électrique, soit 50 Hz ?

Solution :

On sait que la vitesse synchrone d'un moteur est obtenue grâce à l'équation :

Ns = 

On désire maintenant connaître le nombre de pôles du moteur :

p =  = 10 paires de pôles

Quant au couple de ces moteurs, il est identique, lors du démarrage, à celui du moteur à cage d'écureuil, c'est-à-dire qu'il est relativement faible.

Décrochage :

Vous avez vu précédemment que, lorsque la charge que doit entraîner le moteur est trop grande, le moteur décrochait.

La figure suivante expose le même phénomène, mais avec des aimants.

On observe: 

  • lorsque la friction (la charge dans le cas du moteur) est nulle, les deux aimants se suivent.
  • Si la friction augmente, l'aimant appuyé sur la surface aura alors tendance à rester un peu en arrière.
  • si la friction (la charge) devient trop grande, il sera alors impossible de faire suivre l'aimant. Il y a donc bris du lien magnétique (décrochage).

Avantages et inconvénients du moteur synchrone :

Son principal avantage est sa vitesse synchrone et constante. Ce moteur offre également un rendement élevé et il est construit dans une vaste gamme de puissance.

Le coût et la complexité de l'entretien et de la réparation font en sorte que ce type de moteur est réservé à des tâches bien précises, par exemple comme compensateur dans la commande des compresseurs, des pompes, etc.

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