Champ tournant et A de Asynchrone

Sommaire de ce cours :

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Introduction, du synchrone à l'asynchrone

Champ magnétique tournant avec 3 bobines en triphasé

La vidéo met en évidence la présence d'un champ magnétique tournant engendré par 3 bobinesOu plus, nous verrons que les multiples (6, 9, 12...) sont possibles alimentées en triphasé. La boussole puis le noyau vont suivre ce champ tournant.
Le stator Stator de moteur asynchrone triphasé

, élément statique, est ici en périphérie alors que le rotor (boussole puis noyau) est au centre.

Du transformateur au moteur asynchrone

Voici un transformateur monophasé, le primaire est à gauche, le secondaire à droite est constitué de 2 spires en court-circuit. Le moteur asynchrone utilise lui aussi un secondaire en court-circuit avec l'équivalent d'une seule spire, l'intensité est donc maximale.

Nous alimentons le transformateur : le secondaire en cct chauffe entrainant ainsi l'échauffement du primaire et du noyau (principe des chauffes par induction).

Si nous scindons la branche du secondaire, l'arrondissons et la montons sur un axe comme sur l'animation ci-dessous...

Il va tourner !

Le secondaire est traversé par une intensité I qui engendre un champ magnétique qui va rentrer en interaction avec le champ tournant principal. Le secondaire devenu rotor va tourner pour essayer de rattraper le champ tournant... ...Sans jamais y parvenir, nous verrons pourquoi !

Du synchrone à boussole à la cage d'écureuil !

Synchrone avec boussole

Comme sur la vidéo, la boussole sert d'aimant permanent et suit le champ magnétique tournant. Ce champ tournant avec ici 1 seule paire de pôles tourne à 50 tours par seconde (50 Hz de fréquence réseau) soit 3000 tr/mn.

Du transformateur au moteur asynchrone

Nous remplaçons l'aimant par, en bas, une spire ouverte qui se comporte comme un secondaire de transformateur avec une tension à ses bornes.
En haut une boucle fermée. La tension est en court-circuit par la spire provoquant une intensité qui à son tour génère un champ magnétique. Champ qui interagira avec le champ tournant principal provoquant une force de rotation... Tant qu'une tension sera induite et que donc une différence de vitesse existera ! D'où l'Asynchronisme...

Le rotor en cage d'écureuil

Pour un maximum d'efficacité la spire doit toujours être dans l'axe de l'inducteur. La cage d'écureuil composée de lignes court-circuitées à chaque extrémité par des anneaux d'aluminium optimise le fonctionnement.

Le rotor à cage en détail

Sur un rotor en cage d'écureuil les lignes conductrices (en gris) sont inclinées pour éviter toute rupture qui entraînerai des à-coups mécaniques par variation du couple. Entre les lignes sont diposées des tôles magnétiques (fer) pour concentrer le champ magnétique.

Asynchrone vous dites ? La VACHE !

Quoi de mieux qu'un petit tour à la campagne pour découvrir une explication champêtre au A de Asynchrone ! Laissez-vous Aller :-) avec cette vidéo qui démontre avec humour pourquoi le rotor du moteur asynchrone ne pourra jamais rattraper le champ tournant (Plus il s'en approche, plus sa force diminue!) !
La vache, Marguerite, représentant la cage d'écureuil se trouve placée naturellement à l'intérieur des rails formant le champ tournant circulaire, comme pour un moteur classique.
Pour info, souvent avec les ventilateursExemple avec un moteur synchrone :
, le stator est au centre du moteur et le rotor tourne autour !

Synchrone :

Ici l'aimant tourne à la fréquence exacte du champ tournant. Effectivement, quand la bobine génère un Nord, elle attire le pôle Sud de l'aimant et dès qu'il arrive dans l'axe, le courant s'inverse changeant son Nord en Sud ce qui repoussera C'est le pôle Sud de l'aimant qui était face à la bobine devenue Sud à cause du courant alternatif.
Deux pôles identiques se repoussent !l'aimant.

Asynchrone :

Comme Marguerite l'a démontré, le rotor bobiné en cct Court-circuit
Ici plusieurs spires, pour plus de clarté, au comportement identique à une cage d'écureuil ne tourne que s'il se comporte comme un électro-aimant. Pour cela une intensité doit le traverser et donc une tension doit être induite ! Pour qu'une tension soit induite, il est indispensable qu'il existe une différence de vitesseLe fameux glissement qui varie d'environ 1% à 10% suivant la puissance du moteur
(1% pour les fortes puissances, pour info, les variateurs compensent ce glissement) entre le champ tournant et le rotor !