À quelle vitesse tourne un moteur asynchrone ?
La vitesse d’un moteur asynchrone dépend surtout de la fréquence du réseau et du nombre de pôles de son bobinage. Le champ tournant du stator tourne à la vitesse de synchronisme :
Ns (tr/min) = 120 × f ÷ p
où f est la fréquence en hertz et p le nombre de pôles (soit 60 × f ÷ nombre de paires de pôles).
| Pôles | 50 Hz | 60 Hz |
|---|---|---|
| 2 | 3 000 tr/min | 3 600 tr/min |
| 4 | 1 500 tr/min | 1 800 tr/min |
| 6 | 1 000 tr/min | 1 200 tr/min |
| 8 | 750 tr/min | 900 tr/min |
Le glissement
Le rotor d’un moteur asynchrone tourne toujours un peu moins vite que le champ ; cet écart, le glissement, induit les courants rotoriques qui produisent le couple :
g (%) = (Ns − N) ÷ Ns × 100
À pleine charge, le glissement est en général de 1 à 6 % : plus faible pour les gros moteurs à haut rendement, plus fort pour les petits. Les courants du rotor ont pour fréquence g × f.
Exemple
Un moteur 4 pôles de 4 kW sur le réseau à 50 Hz, avec une vitesse nominale de 1 450 tr/min :
- vitesse de synchronisme : 120 × 50 ÷ 4 = 1 500 tr/min ;
- glissement : 50 tr/min, soit 3,3 % ;
- fréquence rotorique : 1,67 Hz ;
- couple nominal : 4 × 9 549 ÷ 1 450 ≈ 26,3 N·m.
Le couple à partir de la puissance
Couple (N·m) = P (kW) × 9 549 ÷ vitesse (tr/min), soit P (W) ÷ ω avec ω en rad/s.
À puissance égale, un moteur plus lent fournit plus de couple : c’est pourquoi les moteurs lents sont plus gros et plus lourds.
Variation de vitesse
Un variateur de fréquence modifie la fréquence d’alimentation pour changer la vitesse. Sous la fréquence nominale, le glissement en tr/min reste à peu près constant : la vitesse vaut environ 120 × f ÷ p moins le glissement nominal. À 40 Hz, le moteur de l’exemple tourne à environ 1 150 tr/min.
Points d’attention :
- Sous 30 à 50 % de la vitesse nominale, le ventilateur du moteur refroidit mal ; un fonctionnement prolongé à basse vitesse peut exiger une ventilation forcée.
- Au-delà de la fréquence nominale, le couple disponible baisse car le variateur ne peut plus augmenter la tension.
- Pompes centrifuges et ventilateurs économisent beaucoup d’énergie sur variateur : leur puissance varie à peu près comme le cube de la vitesse.
Moteurs synchrones et à courant continu
Les moteurs synchrones, dont beaucoup de moteurs à aimants permanents, tournent exactement à Ns, sans glissement. Les moteurs universels et à courant continu ne suivent pas cette formule : leur vitesse dépend de la tension et de la charge.