Qu’est-ce qu’un moteur triphasé ?
Un moteur triphasé est un moteur électrique entraîné par une source de courant alternatif triphasé.
Il est largement utilisé comme source d’énergie pour les équipements industriels et les machines. Il est également appelé moteurs à induction triphasés et est généralement alimenté par un courant alternatif triphasé de 200 V CA.
Les moteurs triphasés se composent d’un stator, d’un rotor, d’un arbre de sortie, d’une bride de fixation et de roulements à billes.
Utilisations du moteur triphasé
Les sources d’alimentation en courant alternatif sont classées en deux catégories : monophasée et triphasée. L’alimentation monophasée est une source de courant alternatif principalement utilisée dans les ménages. Le triphasé, quant à lui, est une source d’alimentation en courant alternatif principalement utilisée dans le secteur industriel.
On retrouve des moteurs triphasés dans les utilisations suivantes :
- Les compresseurs
- Les pompes
- Les ventilateurs
- Les convoyeurs à bande
- Les grues
- Les moteurs pour VE
Les moteurs triphasés ont un large éventail d’utilisations et sont utilisés dans de nombreuses machines industrielles autres que celles énumérées ci-dessus.
Parmi les moteurs triphasés, il existe également des moteurs pas à pas et des servomoteurs, qui sont utilisés pour contrôler précisément la rotation. Ils sont utilisés à l’intérieur de machines automatisées telles que les robots industriels articulés.
Principe du moteur triphasé
Dans un moteur triphasé, le courant alternatif triphasé est appliqué aux bobines du stator, qui sont déphasées de 120°. Ces dernières – des plaques d’acier électromagnétiques – agissent comme des électro-aimants pour former un champ magnétique dans la machine électrique. La polarité de l’électro-aimant est déterminée par le sens du courant circulant dans la bobine et par la loi du fil de droite.
Comme l’alimentation en courant alternatif est déphasée dans le temps, la direction du champ magnétique tourne avec le temps.
On constate que lorsque les phases U, V et W de l’alimentation triphasée changent, la direction du champ magnétique du stator change également.
Le champ magnétique tournant génère des courants de Foucault vers le rotor, et les courants de Foucault et le champ magnétique génèrent une force sur le rotor. En conséquence, l’arbre rotatif du moteur génère de l’énergie. Le sens de la force de rotation du moteur est déterminé par la règle de Fleming.
La vitesse du champ magnétique tournant lorsque le rotor tourne est appelée vitesse de rotation synchrone. La vitesse de rotation synchrone peut être calculée à partir de la fréquence de l’alimentation électrique et du nombre de pôles du stator.
La vitesse de rotation réelle du rotor est légèrement inférieure à la vitesse de rotation synchrone. En effet, ce n’est que lorsque le flux magnétique traverse les conducteurs du rotor qu’un courant induit est généré, ce qui entraîne la rotation du rotor.
La différence entre la vitesse de rotation synchrone et la vitesse de rotation réelle est appelée glissement. Le glissement augmente avec le couple de charge. La puissance (W) d’un moteur peut être calculée à partir de la vitesse de rotation nominale et du couple nominal.
Autres informations sur les moteurs triphasés
1. Câblage des moteurs triphasés
La méthode de câblage des moteurs triphasés diffère selon la méthode de démarrage. Quatre méthodes de démarrage différentes sont présentées ici.
Démarrage direct
Il s’agit d’une méthode de démarrage qui consiste à appliquer le courant alternatif triphasé directement aux bornes du moteur triphasé par l’intermédiaire d’un contacteur électromagnétique. Le câblage est facile, mais le courant qui traverse le moteur pendant le démarrage (courant de démarrage) est plusieurs fois supérieur au courant nominal.
Il est souvent utilisé pour les moteurs de petite capacité dont le courant de démarrage est faible.
Démarrage étoile-triangle
Il s’agit d’une méthode de démarrage dans laquelle le moteur est démarré avec une connexion en étoile, puis commuté sur une connexion en triangle.
Il existe deux types de câblage de moteur : le câblage en étoile et le câblage en triangle. Le câblage en étoile nécessite 1/3 de courant de démarrage en moins que le câblage en triangle et c’est donc la méthode de démarrage utilisée pour les moteurs triphasés avec des courants nominaux plus élevés.
La boîte à bornes d’un moteur à démarrage étoile-triangle comporte six bornes U, V, W et X, Y, Z. L’alimentation triphasée est connectée respectivement à UVW et XYZ. En dehors des enroulements du stator, il y a un circuit avec un contacteur électromagnétique combiné à une minuterie, qui commute automatiquement entre le câblage en étoile et le câblage en triangle.
Démarrage par réacteur
Un réacteur est connecté entre le moteur triphasé et l’alimentation pendant le démarrage, et le circuit du réacteur est déconnecté par un contacteur électromagnétique et une minuterie quelque temps après le démarrage.
Démarrage par onduleur
Un onduleur est un dispositif électrique qui contrôle la vitesse d’un moteur triphasé. Il peut modifier à volonté la puissance et la fréquence de l’alimentation en courant alternatif triphasé.
L’installation d’un onduleur permet de démarrer le moteur à partir d’une fréquence basse de quelques Hz et de réduire le courant de démarrage.
2. Vitesse de rotation des moteurs triphasés
La formule pour calculer le nombre de tours est 120 x fréquence de l’alimentation en courant alternatif ÷ nombre de pôles.
Par exemple, pour un moteur à 4 pôles alimenté en 50 Hz, le nombre de tours est de 120 x 50 ÷ 4 = 1500 tr/min.
Cependant, les moteurs triphasés tournent avec un léger décalage par rapport à la fréquence de l’alimentation. Ce retard est exprimé par un coefficient de glissement. Si le facteur de glissement est de 5 %, la vitesse sera de 1500 x (1-0,05) = 1425 tr/min.
Pour contrôler la vitesse d’un moteur triphasé, il faut contrôler soit la fréquence, soit le nombre de pôles, mais le nombre de pôles ne peut pas être modifié en raison de la structure du moteur. Par conséquent, la vitesse est contrôlée en modifiant la fréquence. Actuellement, les variateurs sont utilisés pour contrôler la vitesse des moteurs triphasés.