Les moteurs asynchrones

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Description détaillée

Les machines asynchrones

Le premier brevet pour cette machine électrique a été déposé en 1887, par Nikola TESLA.

Cette machine s'identifie aussi par son rotor. Il est composé de barres en aluminium reliées entre elles, à leurs extrémités. Aussi appelé rotor à cage d'écureuil.

Le rotor ne nécessite aucune alimentation électrique. Au démarrage, un courant électrique va se mettre à circuler au sein de ses barres, générant ainsi des pôles magnétiques au niveau du rotor. 

En effet, pour que la machine fonctionne. Un courant électrique dans les barres du rotor, doit être induit par le champ magnétique tournant du stator.

C'est le champ magnétique tournant du stator, qui va provoquer le déplacement des électrons dans les barres d'aluminium, sur le principe de l'induction.(Variation de champ magnétique à haute fréquence)

 

Dans l'illustration, les flèches représentent la circulation du courant électrique. La circulation de ce courant fait apparaître un champ magnétique, avec des pôles, comme dans tout conducteur électrique, qui reçoit un courant.

 

Ce type de machine est utilisé comme machine principale sur des véhicules demandant des couples importants, type SUV et sportives.

Elle est également utilisée en seconde machine sur le train avant pour proposer 4 roues motrices.

Comme elle présente une faible trainée, elle est alimentée uniquement en cas de besoin de motricité, et sur le train arrière on retrouve une machine synchrone. 

Exemple :  Tesla model 3, Audi Q4 E-tron, VW ID GTX, etc...

 

Exemple AUDI Q4 E-TRON

Avantages : 

• Pas d'aimant, coût inférieur,
• Rendement à haut régime,
• Rotor simple et léger,
• Fiabilité mécanique,
• Pas de frein magnétique à vide (faible trainée).

Inconvénients : 

• Glissement donc pertes nécessaires pour avoir du couple,
• Rendement à bas et moyen régime,
• Rotor complexe à refroidir,
• Rendement diminue avec la demande en couple.

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Pourquoi appelle t-on ces machines "asynchrones" ?

Cette machine est appelée asynchrone, car le régime de rotation du rotor n'est pas synchronisé sur le régime de rotation du champ tournant.

Le régime de rotation du champ magnétique tournant dans le stator, tourne à une vitesse supérieure au régime de rotation du rotor.

La mise en mouvement du rotor se fait en 2 étapes imperceptibles pour l'utilisateur :

1. Pour que le rotor entre en mouvement, il est nécessaire que le champ magnétique tournant créé par le stator, induise d’abord un courant dans le rotor. Ainsi, durant cette phase d’induction, le champ magnétique du stator est déjà en rotation, alors que le rotor, lui, reste encore immobile.

    

2. Lorsque le rotor entre en mouvement, le maintien de la rotation repose sur la persistance du phénomène d’induction. Pour cela, la vitesse de rotation du champ magnétique tournant du stator doit rester supérieure à celle du rotor. L’écart relatif entre ces deux vitesses définit le glissement, paramètre essentiel au fonctionnement d’une machine asynchrone.

Ce décalage de vitesse appelé "glissement", participe aux points faibles de ces machines, énumérés plus haut.

A l'utilisation, on ne détecte pas de temps de réponse. L'évolution des électroniques de puissances, rendent imperceptible le temps d'induction.

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Evolution des machines asynchrones

L'évolution de ces machines se concentre sur la forme des matériaux et sur l'assemblage, pour avoir des machines toujours plus compactes, toujours plus efficientes.

Ces évolutions permettent d'intégrer les éléments périphériques de pilotage et la transmission directement autour de la machine, pour optimiser le volume occupé.

• Réduction de la masse : Les conceptions modernes visent à alléger le rotor et optimiser son design pour améliorer l'efficacité énergétique et réduire les pertes mécaniques.
• Optimisation des encoches : L'agencement et la forme des barres du rotor sont affinés pour maximiser le couple de démarrage et l'efficacité globale du moteur.

Ces améliorations sont essentielles pour les applications dans les véhicules électriques, où l'efficacité, la compacité et la fiabilité sont primordiales.

 

Exemple de machine intégrée : 

LUCID

1. Train planétaire
2. Bobinage stator
3. Stator
4. Manifold à jet axial
5. Rotor
6. Carter moteur
7. Onduleur
8. Réducteur

Exemple de refroidissement de rotor d'une machine asynchrone

Machine asynchrone essieu avant, AUDI E-TRON Quattro.

 

 

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Méthodes et pratiques

Les techniciens qui interviennent sur les machines électriques peuvent réaliser :
 

• Contrôles électriques de type résistance, et isolement "haute tension",
• Relevé de commande à l'oscilloscope,
• Remplacement de roulements de la machine électrique (soit lors de campagne SAV, soit sur une plainte de bruit moteur, ou de façon préventive pour éviter la casse moteur)
• Remplacement de la machine électrique, (suite à la casse de roulements, ou défaut d'isolement)
• Contrôle/remplacement du capteur résolveur,
• Calibrage capteur de position,
• Diagnostic de fuite d'huile,
• Diagnostic de fuite de liquide de refroidissement, (surtout sur les systèmes de garnitures mécaniques en carbure de silicium)
• Vidange et remplissage d'huile moteur, lors d'intervention sur la machine électrique,
• Vidange et remplissage liquide de refroidissement, lors d'intervention sur la machine électrique.

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Impact sur les compétences en atelier

Pour intervenir sur les machines électriques, le technicien doit:
 

• Savoir différencier les machines électriques
• Connaître le fonctionnement et la gestion des machines électriques
• Savoir appliquer une méthode de diagnostic
• Savoir utiliser un outil de diagnostic
• Connaitre les procédures de sécurité liées à l'intervention sur un véhicule électrique ou hybride
• Posséder une habilitation.

Les interventions d'entretien nécessite de: 
 

• Connaître les procédures d'intervention,
• Posséder à minima un niveau averti.

Les personnes ne possédant pas d'habilitation ou à minima d'un niveau averti ne sont pas autorisées à intervenir sur ces véhicules.

Les habilitations

Le travail sur véhicules électriques et hybrides nécessitent une habilitation selon la réglementation NF C18-550.

Il est important de bien identifier les limites d’actions de son titre d’habilitation.

 

Voici quelques exemples d'interventions et le titre d'habilitation nécessaire pour être autorisé à réaliser l'intervention :

Votre titre d’habilitation est lié à une norme délimitant votre périmètre d’action. Les métiers de l’automobile sont liés à la norme NFC 18-550. Cette norme ne vous autorise pas à travailler sur les infrastructures électriques (prise, borne de recharge…)

Pour cela, il est important d’identifier quel « domaine d’intervention » est couvert par votre titre d’habilitation.
 

Dans le domaine de l’automobile, on distingue plusieurs types d’intervenants :

•Une personne NON habilitée - Ordinaire

C’est une personne n’ayant reçu aucune formation sur les risques électriques. Ne sachant pas analyser les risques électriques et donc intervenir en sécurité, elle n’est pas autorisée à intervenir sur un véhicule électrique ou hybride.

 

•Une personne NON habilitée – Avertie

C’est une personne ayant suivi une formation sur les risques électriques. A travers cette formation et une évaluation, l’apprenant a justifié qu’il est en mesure de réaliser une analyse de risque avant d’intervenir. Il est donc autorisé à travailler sur un véhicule électrique (hors chaîne de traction) si le véhicule est conforme. En cas de détection d’un risque, il stoppe son activité, et alerte la personne qui devra sécuriser ce véhicule.

 

•Une personne habilitée – B0L

C’est une personne habilitée pour réaliser des travaux non électriques, qui a passé une évaluation pratique et théorique. Elle est autorisée à travailler hors chaîne de traction. A condition que le véhicule ne présente pas de risque électrique. Elle connaît ses limites d’interventions et ne travaille pas en présence de risque électrique.

 

•Une personne habilité - B2L

C’est une personne habilitée pour réaliser des travaux électriques, qui a passé une évaluation pratique et théorique. Elle peut travailler sur la chaîne de traction du véhicule, si celui-ci est consigné. Elle ne travaille pas en présence de risque électrique.

 

•Une personne habilitée – B2VL

C’est une personne habilitée pour réaliser des travaux électriques au voisinage, qui a passé une évaluation pratique et théorique. Elle est autorisée à sécuriser la chaîne de traction d’un VE/VH au voisinage d’une PNST (c’est-à-dire à moins de 30 cm), même si elle n’est pas consignée, par exemple pour isoler une pièce nue sous tension. Elle est équipée d'EPI.

 

•Une personne habilitée – BCL

C’est une personne habilitée à consigner un VE/VH, qui a passé une évaluation pratique et théorique. Elle est équipé d’EPI.

Un BCL seul n'est pas autorisé à travailler sur un véhicule électrique ou hybride. Il le consigne pour permettre à une personne habilitée (B2L, B2VL…) de faire les réparations.

Dans l’automobile on trouve rarement des personnes habilitées uniquement BCL !

 

•Une personne habilitée – B2TL

C’est une personne habilitée aux travaux sous tension, qui a passé une évaluation pratique et théorique. Elle peut travailler sous tension, c’est-à-dire intervenir dans la batterie de traction.

Exemple : Remplacement d’un module dans la batterie, d’un capteur, d’un bus bar, d’un BMS, des relais de puissance...

Elle a des EPI spécifiques, et ne travaille qu’avec des outils isolés. Une habilitation sous tension ne remplace pas une habilitation hors tension.

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Exemple d’outillage approprié

Outils de démontage du moteur électrique
Outils spécifiques constructeur
Outil de diagnostic
 

Exemple : 
 

Selon la norme NF C18-550, L'ensemble des outils utilisés lors d'intervention sur chaine de traction doivent répondre à un niveau d'isolation de 1000 Volts.

Tous les outils classiques du mécanicien( clé plate, clé à pipe, cliquets, douilles, pinces, tournevis, etc...) existe en version isolé 1000V.

Outillage nouveau :

Outillage pour intervention sur machine électrique :