Moteur asynchrone triphasé : fonctionnement, glissement et usages

Un moteur asynchrone triphasé tourne toujours un peu moins vite que le champ tournant créé par son stator : cet écart, le glissement, est précisément ce qui produit le couple. Sa vitesse de synchronisme dépend du nombre de pôles et de la fréquence du réseau, et le glissement ne représente que quelques pour cent de cette vitesse.

Principe : un champ tournant et un rotor à cage

Le stator, alimenté en triphasé, crée un champ tournant. Ce champ induit des courants dans le rotor à cage, et l’interaction entre les deux entraîne le rotor. Le rotor n’est relié à aucune alimentation : ses courants naissent du champ du stator, d’où le nom d’« asynchrone » (ou « à induction »).

Pour la différence de fond avec le moteur dont le rotor suit exactement le champ, lisez notre comparatif moteur synchrone ou asynchrone. Ici, on reste sur le fonctionnement de l’asynchrone lui-même. Si les bases du moteur électrique vous manquent, commencez par qu’est-ce qu’un moteur électrique.

Vitesse de synchronisme et nombre de pôles

La vitesse du champ tournant, dite vitesse de synchronisme, suit la formule n = 60 × f / p, où f est la fréquence du réseau et p le nombre de paires de pôles. Sur un réseau à 50 Hz, plus le moteur compte de pôles, plus le champ tourne lentement.

Ce sont des vitesses du champ, pas celles de l’arbre : la vitesse réelle est légèrement inférieure, comme on le voit ci-dessous.

Le glissement : pourquoi le rotor tourne un peu en dessous

Si le rotor allait aussi vite que le champ, il ne verrait plus de variation de flux et plus aucun courant ne serait induit. Il tourne donc en retrait du champ, de quelques pour cent seulement. Un moteur à 4 pôles, dont le champ tourne à 1 500 tr/min, affiche ainsi une vitesse réelle vers 1 440 à 1 480 tr/min selon sa taille.

Le glissement est maximal au démarrage, puis il diminue quand le moteur prend de la vitesse. C’est aussi ce que vous lisez sur la plaque signalétique : la vitesse indiquée est la vitesse réelle, pas celle du champ.

Démarrage : le courant d’appel selon le mode

Branché directement sur le réseau, l’asynchrone appelle un courant bien supérieur à son courant nominal In. Quatre modes de démarrage existent, avec des appels très différents.

Le démarrage étoile-triangle ramène le courant et le couple à environ un tiers de ceux du démarrage direct. Le principe du câblage est détaillé dans le branchement d’un moteur triphasé en étoile-triangle.

Attention au démarreur progressif : son couple de démarrage varie comme le carré de la tension appliquée (∝ U²). Il convient donc mal aux démarrages en charge, où le moteur doit fournir un couple important dès l’arrêt.

Rendement et classes IE

Les moteurs électriques pèsent lourd dans la facture : environ 70 % de l’électricité consommée par les sites industriels, selon une estimation de l’Agence internationale de l’énergie de 2011, reprise par le GIMELEC en juin 2024. D’où l’encadrement du rendement par le règlement (UE) 2019/1781.

Ce règlement impose au minimum la classe IE3 pour les moteurs de 0,75 à 1 000 kW depuis le 1er juillet 2021, avec les conditions et exclusions prévues par le texte. Pour les moteurs de 75 à 200 kW à 2, 4 et 6 pôles, la classe IE4 s’applique depuis le 1er juillet 2023. Cette exigence ne s’applique pas à tous les moteurs sans distinction : vérifiez le périmètre exact dans le règlement. Le détail des classes est expliqué dans les classes de rendement IE3 et IE4.

Usages : le moteur de l’industrie générale

L’asynchrone équipe la majorité des applications industrielles, notamment parce qu’il démarre directement sur le réseau (à prendre avec prudence : la part exacte n’est pas chiffrée). On le retrouve sur des pompes, des ventilateurs, des convoyeurs et des compresseurs, c’est-à-dire sur l’usage général industriel.

Limites : courant d’appel et vitesse fixe

Deux limites ressortent. D’abord le courant d’appel au démarrage direct, vu plus haut. Ensuite la vitesse, fixée par la fréquence du réseau et le nombre de pôles : sans variateur, elle ne se règle pas. Pour d’autres familles de moteurs, comparez avec le moteur électrique monophasé ou le moteur brushless.

Ce qui dépend de votre moteur

La part de marché exacte de l’asynchrone parmi les moteurs vendus n’est pas chiffrée : on peut seulement parler de « majorité ». Le glissement nominal dépend de la puissance ; seul son ordre de grandeur, quelques pour cent, est donné ici. Le rendement exact d’un moteur IE3 se lit sur sa plaque ou dans sa documentation.