Moteurs synchrones et asynchrones : Quelles différences ?


🔗 Transmission mécanique

Date de publication : 17/12/2023

Temps de lecture : 4 Minutes

Résumé

Les Moteurs Asynchrones Triphasés de Grande Marque à Prix Réduit : Une Solution Performante et Économique pour Vos Besoins Industriels!

Les moteurs synchrones et asynchrones jouent un rôle vital et omniprésent dans l’infrastructure invisible qui alimente nos vies modernes. Que ce soit dans le bruit d’un ventilateur de plafond ou le rugissement assourdissant d’une machinerie industrielle sophistiquée, ces moteurs sont les artisans silencieux de notre quotidien.

Cependant, la diversité de leurs fonctions reste un mystère pour beaucoup et il peut être difficile de distinguer les différents types de moteurs électriques. Le but de cet article est de lever le voile sur cette complexité en considérant deux catégories fondamentale. Ces deux acteurs de l'ingénierie électrique ont des rôles et des applications différents, fournissant des services spécifiques adaptés à des situations particulières.

Moteur asynchrone

Le moteur asynchrone couplé à un variateur de fréquence est de loin le type de moteur le plus utilisé pour les applications où il est nécessaire de contrôler la vitesse et le déplacement d’une charge.

Le système moteur-variateur convient bien pour des applications telles que les ascenseurs car on recherche une excellente précision à la fois au niveau de la vitesse (confort des utilisateurs) et de la précision de la position de la cabine par rapport aux paliers.

Quant au moteur asynchrone seul, sa popularité résulte du peu d’entretien nécessaire, de sa simplicité de construction, de sa standardisation et de sa robustesse.

Le principe de fonctionnement d’un moteur asynchrone repose :

  • D’une part sur la création d’un courant électrique induit dans un conducteur placé dans un champ magnétique tournant. Le conducteur en question est un des barreaux de la cage d’écureuil ci-dessous constituant le rotor du moteur. L’induction du courant ne peut se faire que si le conducteur est en court-circuit (c’est le cas puisque les deux bagues latérales relient tous les barreaux).
  • D’autre part, sur la création d’une force motrice sur le conducteur considéré (parcouru par un courant et placé dans un champ magnétique tournant ou variable) dont le sens est donné par la règle des trois doigts de la main droite.

Moteur asynchrone tripahsé

Le moteur asynchrone triphasé est le type de moteur électrique le plus utilisé dans l’industrie. En effet, on estime que 80 % des moteurs utilisés dans le monde sont des moteurs asynchrones. Pompes, compresseurs, monte-charges, ventilateurs...utilisent généralement des moteurs asynchrones triphasés. Lorsqu'une réduction de vitesse est nécessaire, il est possible d'utiliser des réducteurs de vitesse qui sont montés sur l'arbre du moteur et permettent d'adapter la vitesse de rotation à la charge de travail.

La simplicité de construction du moteur asynchrone, sa robustesse et son entretien limité en font une machine très fiable et donc très utilisée, notamment dans le domaine industriel. Le prix constitue également un argument en faveur de ce type de moteur électrique.

Comme tout type de moteur électrique, le moteur asynchrone transforme l’énergie électrique en énergie mécanique. Le moteur asynchrone triphasé comprend également deux parties principales : le stator et le rotor.

Le stator

Le stator d’un moteur triphasé (le plus courant en moyenne et grosse puissance), comme son nom l’indique, est la partie statique du moteur asynchrone. Il se compose principalement :

  • de la carcasse,
  • des paliers,
  • des flasques de palier,
  • du ventilateur refroidissant le moteur,
  • le capot protégeant le ventilateur.

L’intérieur du stator comprend essentiellement :

  • un noyau en fer feuilleté de manière à canaliser le flux magnétique,
  • les enroulements (ou bobinage en cuivre) des trois phases logés dans les encoches du noyau.

Dans un moteur triphasé les enroulements sont au nombre minimum de trois décalés l’un de l’autre de 120° comme le montre le schéma ci-dessous.

Le rotor

Le rotor est la partie mobile du moteur asynchrone. Couplé mécaniquement à un treuil d’ascenseur par exemple, il va créer un couple moteur capable de fournir un travail de montée et de descente de la cabine d’ascenseur. Il se compose essentiellement :

  • D’un empilage de disques minces isolés entre eux et clavetés sur l’arbre du rotor afin de canaliser et de faciliter le passage du flux magnétique.
  • D’une cage d’écureuil en aluminium coulé dont les barreaux sont de forme trapézoïdale pour les moteurs asynchrones standards et fermés latéralement par deux “flasques” conductrices.

Moteur asynchrone monophasé

Un moteur asynchrone monophasé est largement utilisé dans les mélangeurs les plus courants, car il fonctionne sous tension monophasée. Il se compose d'un enroulement dans le rotor et de deux enroulements dans le stator selon un schéma en cage d'écureuil, où les extrémités sont court-circuitées en boucle fermée.

La présence d'un condensateur cylindrique dans le moteur monophasé sert à donner une charge ou un courant d'entrée au moteur lui-même. En d'autres termes, elle sert à déphaser le courant de l'un des deux enroulements par rapport à l'autre, pour obtenir un champ magnétique tournant au démarrage. Un moteur monophasé à 2 condensateurs est donc utilisé lorsqu'un couple de démarrage élevé est nécessaire.

Moteur synchrone 

Autrefois utilisés en alternateur, le développement de l’électronique de puissance et la généralisation des aimants comme inducteurs permettent aujourd’hui d’employer les machines synchrones en tant que moteurs dans une large gamme de puissance.

La machine synchrone dans la très grande majorité des cas est utilisée en triphasé. Elle se comporte en convertisseur réversible d’énergie électromagnétique : on peut l’utiliser en moteur ou en générateur.

Pour le moteur synchrone, la vitesse du rotor est donc proportionnelle à la fréquence du courant triphasé alimentant le stator. Le moteur synchrone est susceptible de se comporter, selon la tension, soit en «moteur » soit en «générateur» ou «alternateur».

Quels sont les avantages et les inconvénients des moteurs synchrones?

Les moteurs asynchrones et synchrones se différencient par leur rotor. Celui des moteurs synchrones est composé d’un aimant ou d’un électroaimant. Ainsi, ce rotor tourne à la vitesse de synchronisme,  le moteur synchrone tourne à la même vitesse que le champ magnétique.

Les points positifs : 

  • Grâce à ce dispositif, il n’y a pas de perte de vitesse de rotation, et ces moteurs affichent un bon rendement. Quelle que soit leur charge, la vitesse du moteur reste fixe, ce qui peut s’avérer très pratique avec certaines applications.

Les points négatifs du moteur synchrone :

  • Le risque de décrochage en cas de dépassement du couple maximum, et un démarrage direct impossible.

Moteurs synchrones VS asynchrones

Si les moteurs synchrones sont très appréciés pour leur rendement, les moteurs asynchrones restent les moteurs les plus utilisés dans l’industrie. Notamment parce qu’ils sont :

  • moins onéreux,
  • moins volumineux,
  • plus faciles à entretenir et dotés d’une grande résistance,
  • compatibles avec une grande majorité de machines industrielles,
  • munis d’un variateur de vitesse efficace et globalement plus simple à mettre en place que sur un moteur synchrone.

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