Moteur synchrone ou asynchrone : différences et usages de chacun

Dans un moteur synchrone, le rotor reste verrouillé sur le champ tournant : sa vitesse est exacte quelle que soit la charge. Dans un moteur asynchrone, le rotor « glisse » par rapport à ce champ. Cette différence décide du démarrage, du variateur dont on a besoin et, en partie, du choix entre les deux.

La différence de fond : le rotor suit le champ, ou il glisse

Un moteur alternatif crée un champ tournant dans son stator. Le rotor du moteur synchrone suit ce champ exactement, sans retard. Celui du moteur asynchrone tourne un peu moins vite que lui : c’est ce qu’on appelle le glissement. Tout le reste de la comparaison découle de ce point : un synchrone impose sa vitesse, un asynchrone l’accepte un peu variable selon la charge.

Le synchrone : aimants permanents ou enroulement excité en continu

Le rotor d’un moteur synchrone est soit équipé d’aimants permanents, soit bobiné et excité en courant continu. Sa vitesse de synchronisme suit la formule n = 60 × f / p, où f est la fréquence d’alimentation en hertz et p le nombre de paires de pôles. Elle ne dépend donc que de la fréquence et de la construction du moteur, pas de la charge.

Avec 4 pôles à 50 Hz, la formule donne 1 500 tr/min. Le rotor à aimants a un avantage mis en avant par les ressources pédagogiques de l’Éducation nationale : pas de pertes au rotor et pas de balais. Son inconvénient est tout aussi net : il n’a pas d’autonomie de démarrage et son contrôle est obligatoire.

L’asynchrone : rotor à cage, démarrage direct possible

Le moteur asynchrone à rotor à cage est celui qui peut démarrer directement sur le réseau. C’est sa grande différence pratique avec le synchrone. Son fonctionnement détaillé est traité dans notre page sur le moteur asynchrone triphasé ; son cousin alimenté en monophasé a la sienne avec le moteur électrique monophasé.

Démarrage : le synchrone exige en général un variateur

Un moteur synchrone ne démarre généralement pas en direct sur le réseau. Il lui faut un variateur, qui le conduit jusqu’à sa vitesse. Il existe une exception : les moteurs à aimants dotés d’une cage d’amortissement, dits « line-start », capables de démarrer sans convertisseur. La norme IEC 60034-30-1 les couvre d’ailleurs, au même titre que les moteurs sans cette capacité.

Décrochage : quand le synchrone perd le synchronisme

Le verrouillage du rotor sur le champ a une limite : le couple maximal. Si la charge le dépasse, le synchrone perd le synchronisme, on dit qu’il décroche, et il s’arrête. Sa vitesse exacte a donc pour contrepartie une marge de couple à respecter, alors que l’asynchrone, lui, glisse davantage quand la charge augmente.

Rendement : une affirmation de constructeur

Les catalogues de constructeurs annoncent un rendement supérieur et plus stable pour les synchrones à aimants. C’est une donnée constructeur, non chiffrée ici. Pour situer les niveaux de rendement des moteurs, voir les classes de rendement IE3 et IE4. La norme IEC TS 60034-30-2 couvre la vitesse variable jusqu’à IE5, mais l’IE5 n’est obligatoire nulle part dans l’Union européenne.

Synchro-réluctant et aimants permanents : variateur compatible indispensable

Les moteurs à aimants permanents et les moteurs synchro-réluctants ne fonctionnent qu’avec un variateur compatible. Les brancher directement au réseau n’est pas une option. Le moteur sans balais, qui est un synchrone à aimants piloté par son électronique, a sa propre page : le moteur brushless.

Comment choisir

Quatre questions suffisent pour trancher. Faut-il démarrer directement sur le réseau, sans variateur ? L’asynchrone à cage répond à ce besoin. La vitesse doit-elle rester exacte quelle que soit la charge ? C’est la force du synchrone. Le rendement pèse-t-il lourd dans le projet ? Les constructeurs mettent en avant les synchrones à aimants, avec la réserve donnée plus haut. Un variateur est-il déjà présent dans l’installation ? Alors le surcoût d’un synchrone ne se pose plus de la même façon. Pour replacer ces choix dans le tableau d’ensemble, lisez pourquoi utiliser un moteur électrique.