Généralités sur les moteurs asynchrones triphasés

Les moteurs asynchrones triphasés sont les moteurs les plus employés dans l’industrie. Ils possèdent en effet plusieurs avantages : simplicité, robustesse, prix peu élevé, et entretien facile. Le moteur asynchrone est utilisé aujourd’hui dans de nombreuses applications, notamment dans le transport (trains, métro, propulsion des navires…), dans l’industrie (machines-outils) et dans l’électroménager. Le terme asynchrone provient du fait que la vitesse de ces machines n’est pas forcement proportionnelle à la fréquence des courants qui les traversent.

Parties principales du moteur asynchrone :

Le moteur asynchrone triphasé (parfois appelé moteur d’induction triphasé) comprend deux parties ; le stator (fixe) et rotor (tournant)
-Le stator : Comporte une carcasse en acier renfermant un empilage de tôles identiques qui constituent un cylindre vide ; ces tôles sont percées de trous à leurs périphérie intérieur. L’alignement de ces trous forme des encoches dans lesquels on oge un bobinage triphasé. Ces tôles sont isolées entre elles par oxydation pour les moteurs de petites et moyennes puissances ou par un verni pour les moteurs de grandes puissances.

– Le rotor : Se compose d’un cylindre de tôles poinçonnées à leurs périphéries extérieur pour former les encoches destinées à recevoir des conducteurs. Il est séparé du stator par un entrefer très court, de l’ordre de 0.4 à 2 mm seulement. Il existe deux types de rotor : rotor à cage d’écureuil et rotor bobiné.

– Rotor à cage d’écureuil : l’enroulement à cage d’écureuil est constitué de barres de cuivre nues introduites dans les encoches. Ces barres sont soudées à chaque extrémité à deux anneaux qui les court-circuitent, l’ensemble ressemble à une cage d’écureuil. Dans les moteurs de petites et moyennes puissances, les barres et les anneaux sont formés d’un seul bloc d’aluminium coulé.

– Rotor bobiné : comprend un bobinage triphasé semblable à celui du stator placé dans les encoches. Il est composé de trois enroulements raccordés en étoile, l’extrémité libre de chaque enroulement est reliée à une bague tournant avec l’arbre. Ces bagues permettent, par l’intermédiaire de trois balais d’insérer une résistance extérieure en série avec chacun des trois enroulements lors du démarrage du moteur. En fonctionnement normal, les balais sont court-circuités.

– Les organes mécaniques :  Le stator autoporteur reçoit de chaque coté un flasque sur lequel le rotor sera positionné grâce à des roulements à billes ou à rouleaux suivant le type de charge (axiale ou radiale). Un ventilateur est placé au bout de l’arbre sur le rotor pour le refroidissement de la machine. Il peut être remplacé par une ventilation forcé motorisé pour le refroidissement aux vitesses lentes.

Bobinage de la machine asynchrone

On peut effectuer le bobinage d’une machine asynchrone de plusieurs façon, la disposition des bobines dans les encoches différenties ces types d’enroulements d’où on trouve habituellement trois types : l’enroulement imbriqué, concentrique et ondulé. Chaque type présente des avantages dans certaines applications. L’enroulement du stator peut être à une seule couche ou à deux couches, ce dernier nous permet de raccourcir le pas d’enroulement. Le bobinage statorique peut se décomposer en deux parties, les conducteurs d’encoches et les têtes de bobines. Les conducteurs d’encoches permettent de créer dans l’entrefer le champ magnétique à l’origine de la conversion électromagnétique. Les têtes de bobines permettent, la fermeture des courants en organisant la circulation judicieuse des courants d’un conducteur d’encoche à l’autre ; l’objectif est d’obtenir à la surface de l’entrefer une distribution de courant la plus sinusoïdale possible, afin de limiter les ondulations du couple électromagnétique.

Les différent types d’enroulement

Enroulements imbriqués à une seule couche :
Chaque bobine qui forme l’enroulement occupe deux encoches. Puisqu’il doit y avoir autant d’enroulements qu’il ya de phases.

Enroulements imbriqués à deux couches :
L’enroulement imbriqué est le type de bobinage le plus employé dans les stators des moteurs triphasés des moyennes et grandes puissances. Mais on utilise le plus souvent l’enroulement à deux couches. Chaque bobine est formée de la moitié de conducteurs contenus dans une encoche et disposés de façon que l’un des cotés de la bobine soit dans le haut d’une encoche et l’autre dans le fond. Puisque les bobines n’occupent que la moitié d’une encoche, on peut en modifier leurs largeurs et les placées dans une paire d’encoches normale. Les bobines sont habituellement de largeurs réduite et donnent un pas dit raccourci. Cette configuration complique le bobinage, mais présente l’avantage d’atténuer les harmoniques de l’onde de flux et d’améliorer le comportement du moteur.

Enroulement concentrique :
D’une façon globale, le bobinage concentrique est destiné pour les applications de grandes puissances, ou un nombre important de paires de pôles est nécessaire. Ce type de bobinage permet d’éviter les courts-circuits entre les trois bobines, ce qui simplifie la construction du stator.

Enroulement ondulé :
L’enroulement ondulé est habituellement un bobinage à deux couches. Il doit être équilibré de point de vue électrique, c’est-à-dire que le nombre d’encoches actives doit être un multiple du produit du nombre de pôles et du nombre de phases. Dans ce type d’enroulement, les conducteurs qui occupent des phases analogues sous deux pôles consécutifs sont connectés en série. Le circuit fait le tour du stator ou du rotor une ou plusieurs fois, allant d’un pôle à un autre sans revenir.