Vitesse d'un moteur alternatif

Sommaire de ce cours :

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Moteur asynchrone triphasé et paires de pôles

Changement de sens de rotation du moteur triphasé

Comme le montrent ces animations, pour l’inversion de sens, il suffit tout simplement d'inverser 2 phases sur 3 : n'importe lesquelles mais 2 seulement !

3 bobines mais seulement 2 pôles

Moteur 2, 4, 6 pôles... Le nombre de pôles est toujours pairPôles Nord et Sud sont opposés et indissociables, par conséquent le minimum est de 2 pôles puis 4...
Certains utilisent le terme 'paire' de pôles, les industriels raisonnent en pôles : 1 paire = 2 pôles ; 2 paires = 4 pôles....

L'illustration ci-dessous nous montre clairement que malgré la présence de 3 bobines, seulement 1 pôle Nord et 1 pôle Sud existent. En effet, le courant alternatif, mono ou triphasé n'offre que 2 types d'alternances : le + et –.
Quand une bobine est + au maxi, les 2 autres sont alimentées par un – d'amplitude intermédiaire...

Courant triphasé 2 pôles

Nous allons voir comment dépasser ce minimum de 2 pôles...

Les pôles magnétiques du moteur à cage

3 bobines, 1 phase par bobine, 2 dents sur le rotor 1 Nord + 1 Sud = 2 pôles magnétiques (1 paire de pôle).

Pour une meilleure compréhension nous avons représenté un moteur synchrone avec une dent par pôle magnétique. Ici la vitesse en tr/s est identique à la fréquence du réseau en Hz. Pour 50 Hz : 50 tr/s soit 3000 tr/mn.

6 bobines, la même phase sur les bobines opposées à 180°, 4 dents sur le rotor 2 Nord + 2 Sud = 4 pôles magnétiques (2 paires de pôles).

Toujours le moteur synchrone, ici la vitesse en tr/s est identique à la moitié de la fréquence du réseau en Hz. Pour 50 Hz : 25 tr/s soit 1500 tr/mn.

3 bobines, la même phase tous les 120°, 6 dents sur le rotor 3 Nord + 3 Sud = 6 pôles magnétiques (3 paires de pôles).

Toujours le moteur synchrone, ici la vitesse en tr/s est identique au tiers de la fréquence du réseau en Hz. Pour 50 Hz : 16.67 tr/s soit 1000 tr/mn.

3 bobines, la même phase tous les 90°, 8 dents sur le rotor 4 Nord + 4 Sud = 8 pôles magnétiques (4 paires de pôles).

Toujours le moteur synchrone, ici la vitesse en tr/s est identique au quart de la fréquence du réseau en Hz. Pour 50 Hz : 12.5 tr/s soit 750 tr/mn.

Moteur synchrone

Vitesse (tr/s) = Fréquence (Hz) / Nb de paires de pôles
2 pôles = 1 paire ; 6 pôles = 3 paires...

Moteur asynchrone

Vitesse (tr/s) = Fréquence (Hz) / Nb de paires de pôles – Glissement
Glissement ≃ 1% à 10%

En tours / minute :

V (tr/mn) = ( F / n paires ) × 60 – G*
*Glissement si asynchrone

Moteurs 2, 4, 6 et 8 pôles

Ce tableau résume les principales vitesses disponibles en fonction du nombre de pôles magnétiquesNombre de pôles ou de nombre de paires de pôles :
Image résumant le tableau !
. S'il existe des modèles avec 10 (500 tr/mn), 12 pôles... Ni aucune limite théorique vers des vitesses inférieures ; le moteur à courant alternatif n'est capable de dépasser la vitesse de synchronisme que via un convertisseur de fréquenceLes variateurs pour moteurs alternatifs sont capables de dépasser le 50 ou 60 Hertz pour 'monter' jusqu'à 100, 200 Hz voire bien plus. La seule autre solution est une surmultiplication mécanique par engrenages ou poulies....


2 pôles V = F 3000 tr/mn à 50 Hz	4 pôles V = F / 2 1500 tr/mn à 50 Hz	6 pôles V = F / 3 1000 tr/mn à 50 Hz	8 pôles V = F / 4 750 tr/mn à 50 Hz

NB : les vitesses s'entendent pour des moteurs synchrones, en asynchrone il conviendra de retrancher le glissement (de 1% à 10% suivant la puissance).

Si l'on 'perd' de la vitesse entre un 8 pôles et un modèle 2 pôles, à puisssance consommée égale, ne gagne t-on rien à la place ?
Heureusement : oui !

La puissance étant identique, quand la vitesse diminue le couple (force en rotation) disponible augmente ! A l'instar du transformateur pour lequel rapport entre tensions et intensités est inverse pour conserver la puissance constante ; le rapport couple et vitesse est lui aussi inverse sur un moteur asynchrone puisque la puissance est conservée !

Moteur asynchrone à double cage

En rouge la cage extérieure résistive
Rotor à double cage

Exploitant l'effet de peauL'effet de peau concerne les courants alternatifs qui ne circulent qu'en périphérie des conducteurs, le rotor à double cage est constitué d'une cage extérieure résistive qui limite ainsi l'intensité de démarrage et donc les pertes Joule au bénéfice du couple.

Au fur et à mesure que le moteur prend de la vitesse, la différence de vitesse entre le rotor et le stator diminue limitant ainsi la fréquence de glissement et donc l'effet de peau.

Ainsi, la cage interne plus conductrice, se substitue à la cage extérieure lors de l'accélération du rotor, quand sa vitesse s'approche de la vitesse nominale.

Courbes

• En rouge la courbe sur un rotor avec seulement une cage résistiveCertains moteurs utilisaient des fils résistifs ou des bagues inox pour cela. L'avantage est un bon couple de démarrage et le fort glissement permettait une variation de vitesse en jouant sur la tension ainsi que des applications spéciales (moteurs en duo mécanique...).

• En noir la courbe sur une seule cage externe conductrice

• En violet la courbe de couple d'un rotor à double cage.

Une seule phase vous manque... ?

On entend dans cette vidéo le rendu d'un MASMoteur Asynchrone triphasé ayant perdu 1 phase...
Ce grognement caractéristique est dû à la bobine non alimentée qui, étant dans le circuit magnétique du moteur, tente tant bien que mal par induction de reconstituer la phase manquante...