Le bobinage du stator, alimenté en courant alternatif, produit un champ magné-
tique tournant dont la vitesse est fixée par la fréquence du courant et le nombre de pôles
du bobinage. Dans le rotor en fer, sont inclus des conducteurs en aluminium coulé, parallèles à l’axe (ou légèrement inclinés), leurs extrémités étant toutes reliées entre elles par
des anneaux de même métal pour former ce qu’on appelle la « cage à écureuil » ou plus
simplement la « cage ». Il n’y a aucun contact électrique entre le rotor et l’extérieur. Le
mouvement du champ tournant provoque des courants induits dans la cage en aluminium du rotor, les forces de Laplace sur ces courants produisent la rotation.
La vitesse du rotor se stabilise spontanément à une valeur un peu plus faible (glissement) que celle du champ tournant, telle que les forces de Laplace produisent le couple
moteur nécessaire à l’entraînement de la charge. Le moteur s’adapte à une augmentation de la charge par une faible diminution de la vitesse du rotor, ce qui conduit à une
augmentation de la vitesse de glissement du champ tournant par rapport à la cage et par
conséquent de l’intensité des courants induits : les forces de Laplace augmentent. Phénomènes inverses pour une diminution de la charge. Les adaptations aux variations de la
charge se répercutent au stator. Celui-ci absorbe une puissance électrique active (en
watts) qui suit, aux pertes près, les variations de la puissance mécanique fournie sur
l’arbre du rotor, par des variations de l’intensité au stator et surtout du facteur de puissance cos ϕ (l’angle ϕ étant le déphasage entre l’intensité et la tension).
Les moteurs asynchrones industriels sont en général alimentés en triphasé mais il
en existe en monophasé, de faible puissance, pour des usages où l’on ne dispose que du
réseau domestique monophasé : circulateurs de chauffage central, pompes de vidange des
machines à laver, turbines de VMC pour le renouvellement d’air dans l’habitat, ventilateurs de rétroprojecteurs, etc.
Le moteur asynchrone triphasé est le moteur « à tout faire » dans l’industrie :
bon marché, robuste, sans entretien. Branché directement au réseau triphasé, sa vitesse
varie seulement de quelques pour cent entre le fonctionnement à vide et la pleine charge,
restant toujours un peu plus faible que la vitesse du champ magnétique tournant, fixée
par la fréquence au stator. Dans la plupart des cas, ces petites variations de vitesse ne
sont pas gênantes. En courant alternatif 50 Hz, les vitesses ne peuvent être que « un peu
inférieures » à 3000, 1500, 1000, etc., tours par minute, pour des moteurs bipolaires,tétrapolaires, hexapolaires. De nombreuses utilisations nécessitent donc un réducteur de
vitesse par engrenages (groupes moto-réducteurs), ou un choix de vitesses par poulies
étagées. Le rendement s’en ressent : pour une puissance utile de l’ordre du kW, le ren-dement du moteur seul est voisin de 80 %, celui d’un moto-réducteur peut chuter à 50 %.
Le prix d’achat s’en ressent aussi, en raison du coût du réducteur ou de la « boîte à vitesses ».
Jusqu’aux années 80 le moteur asynchrone n’était pas utilisable pour les applications en vitesse variable, ni à des vitesses supérieures à 3000 tr/min. Actuellement, l’électronique de puissance permet de produire des tensions triphasées à fréquence variable :
en quelques années, cette technologie a révolutionné l’utilisation des moteurs asynchrones.
Les variateurs de première génération délivrent des tensions triphasées à rapport U/f
constant, avec ou sans régulation de vitesse. Les variateurs de la génération actuelle sont
à « commande vectorielle », et contrôlent séparément le couple (par la composante active
de l’intensité) et le flux (par la composante réactive de l’intensité ou courant magnétisant). Les performances de ces variateurs permettent un réglage de la vitesse du rotor à
0,1 % près avec capteurs de vitesse et de position angulaire du rotor, et à 0,5 % près sans
capteurs. Parmi ses multiples avantages, la commande vectorielle permet d’exercer le
couple nominal (et même supérieur) avec le rotor à l’arrêt, et rend possible le freinage
avec récupération, l’énergie étant alors renvoyée au réseau d’alimentation.
Les tensions alternatives triphasées produites par les variateurs électroniques sont
obtenues à partir de tensions continues symétriques, par découpage d’impulsions très
fines de durées modulées de telle façon que le fondamental de la série de Fourier soit à la
fréquence et à la valeur efficace désirée (onduleur MLI : à modulation de largeur d’impulsions). L’effet inductif du stator impose à l’intensité une forme proche de la sinusoïde.
Avantage et inconvénients des moteurs synchrones et asynchrones
Voici une liste non exhaustive des avantages et inconvénients de ces deux moteurs :