moteur à cage d'écureuil

Un moteur à cage d'écureuil est un moteur asynchrone dans lequel le rotor est constitué d'un noyau de fer cylindrique avec des barres d'aluminium ou de cuivre noyées parallèlement à son axe, connectées aux deux extrémités par des anneaux conducteurs. Le courant est induit directement dans ces barres par le champ magnétique tournant créé par les enroulements du stator, éliminant ainsi le besoin de balais, de bagues collectrices ou d'excitation externe. Le nom vient de la ressemblance de l'ensemble du rotor avec une roue de hamster.

Les barres du rotor sont généralement en aluminium moulé ou en cuivre à haute conductivité, avec des connexions barre-anneau permettant au courant de circuler en boucles fermées. Lorsque le courant alternatif triphasé alimente les enroulements du stator, il génère un champ magnétique tournant qui tourne à vitesse synchrone, déterminée par la fréquence d'alimentation et le nombre de pôles. Ce champ induit un courant dans les barres du rotor, qui interagissent avec le champ magnétique pour produire un couple. La vitesse du rotor est légèrement inférieure à la vitesse synchrone, une différence appelée glissement, généralement de 3 à 5 pour cent à pleine charge.

Les moteurs à cage d'écureuil dominent les applications industrielles en raison de leur simplicité, de leur robustesse et de leur faible entretien. Ils ne nécessitent pas de remplacement de balais ni de nettoyage de collecteur. Le couple de démarrage varie selon la conception du rotor : les rotors à barres profondes ou à double cage augmentent le couple de démarrage et réduisent le courant de démarrage, tandis que les conceptions standard privilégient l'efficacité à la vitesse de fonctionnement. Les tailles de châssis vont des unités de puissance fractionnaire dans les appareils ménagers à plusieurs milliers de chevaux dans les grands entraînements industriels.

Le glissement détermine les performances du moteur. À vide, le glissement est presque nul. À mesure que la charge augmente, le glissement augmente à peu près proportionnellement, augmentant le courant et les pertes du rotor. Les pertes de cuivre du stator restent relativement constantes avec la charge, mais les pertes du rotor varient avec le carré du glissement. L'efficacité du moteur atteint un pic d'environ 75 pour cent de la charge sur les machines correctement conçues. Les relations couple-glissement diffèrent selon la conception du rotor : les moteurs à usage général fournissent un couple de démarrage modéré, tandis que les variantes à couple de démarrage élevé acceptent des courants de démarrage plus élevés pour fournir le couple nécessaire aux démarrages en charge, comme dans les compresseurs ou les convoyeurs.

Les moteurs triphasés à cage d'écureuil sont universels dans les environnements industriels car ils fonctionnent directement sur les alimentations industrielles standard, génèrent un couple constant et régulier, et nécessitent une complexité de contrôle minimale. Des versions monophasées existent mais sont moins efficaces et nécessitent des condensateurs de marche ou des interrupteurs centrifuges. Les problèmes proviennent généralement d'une surchauffe due à un refroidissement inadéquat ou à une surcharge, d'une contamination des bouches d'aération réduisant la dissipation thermique, et d'une rupture des barres du rotor due aux cycles thermiques ou aux chocs mécaniques pendant le démarrage. Un dimensionnement, une ventilation et des méthodes de démarrage progressif appropriés prolongent considérablement la durée de vie du moteur.