Moteur électrique
Un moteur électrique est une machine produisant une force à partir de
l'énergie électrique.
Un moteur électrique est une machine transformant de l'énergie électrique en travail, en
énergie mécanique, ou couple (synonymes).
Le plus souvent, il utilise la conversion de la force électromagnétique en force électromotrice, qui est exploitable à partir d'un
ou plusieurs enroulements (ou électro-aimants) et éventuellement d'un ou plusieurs aimants
permanents.
Moteurs rotatifs
Un des premiers moteurs électromagnétiques a été fabriqué par Michael
Faraday en 1821.
- Il était composé d'un fil électrique dans un récipient de mercure. Un aimant permanent était placé au milieu du
récipient. * Quand le courant passait à travers le fil électrique, le fil tournait autour de l'aimant, montrant que le courant
génére un champ magnétique autour du fil électrique.
- Ce moteur rudimentaire est toujours utilisé pour des démonstrations dans les classes de physique, mais utilise du mercure qui
peut être trés toxique.
Moteur de base ou Moteur Shunt
Un moteur électrique à courant continu est constitué d'un stator
fait d'aimants et d'un rotor bobiné relié à un collecteur rotatif inversant
la polarité au moins une fois par tour, afin que les aimants du stator puissent attirer puis repousser l'électroaimant du
rotor.
- Les aimants du stator peuvent être remplacé par des électroaimants alimentés en courant continu (cas du moteur shunt)
- La vitesse de rotation et le couple des
moteurs à courant continu dépend de la combinaison tension, intensité qui traverssent les
enroulements.
- La vitesse de rotation est contrôlée en modifiant la tension d'alimentation, ou l'intensité de courant utilisable par le
moteur, on utilise à cet effet un variateur de tension ou un limiteur d'intensité variable.
- Ce type de moteur peut développer un couple important sur une large gamme de
vitesse c'est pour cela qu'il a longtemps été utilisé dans des locomotives. Il est souvent remplacé aujourd'hui par des moteurs à
courant alternatif alimentés par des dispositifs d'électronique de puissance délivrant des tensions de fréquence variable.
Moteur Série
Dans le moteur série le stator est monté en série électrique avec le rotor.
- Donc le courant qui traverse le rotor est le même qui traverse le stator.
- Les moteurs à excitation série peuvent développer un très fort couple à basse vitesse, c'est pourquoi ils sont utilisés pour
réaliser des moteurs de traction des locomotives jusque dans les années 1975, des démarreurs d'automobiles.
Moteur Compound
Dans le moteur compound une partie du stator est monté en série électrique avec le rotor et une autre est de type parallèle ou
shunt.
- Ce moteur réunit un stator serie et un shunt, réunissant les avantage des deux type de moteur.
Avantages et inconvénients
Le principal problème de ces moteurs vient de la liaison entre les balais, ou charbons le collecteur rotatif.
- Plus la vitesse de rotation doit être élevée, plus les balais doivent appuyer fort pour ne pas décoller, plus le frottement
est important.
- Aux vitesses élevées les charbons doivent être remplacés très régulièrement.
- Le contact électrique imparfait cause des arcs électriques, usant rapidement le
commutateur et générant des parasites dans le circuit d'alimentation.
- Ces problèmes sont résolus avec les technologies de moteur
brushless ou une électronique de puissance remplace
le commutateur rotatif.
Les moteurs à courant alternatif sont des moteurs soit
monophasés soit triphasés. Il sont également asynchrone ou synchrone.
Monophasé
- Le moteur monophasé le plus commun est le moteur synchrone à pole caché, qui le plus généralement est utilisé dans des
dispositifs exigeant un couple faible, tel que les ventilateurs électriques, les fours à micro-ondes et d'autres petits appareils électroménagers.
- Un autre moteur à courant alternatif monophasé commun, est le moteur à induction, généralement utilisé dans les appareils
principaux tels que des machines à laver.
- Ce type de moteur peut généralement fournir un plus grand couple de démarrage, en employant un enroulement de démarrage en
même temps qu'un condensateur de démarrage avec ou sans commutateur
centrifuge de coupure.
- A l'arrêt le condensateur et l'enroulement de démarrage sont reliés à la source d'énergie, fournissant le couple de démarrage ainsi que le sens de rotation. Il suffit d'inverser l'enroulement et le moteur tourne à l'envers.
- Usuellement, une fois le moteur lancé à une certaine vitesse, un interrupteur centrifuge ouvre le circuit de l'enroulement et du condensateur de démarrage.
Triphasée
Pour des applications de grande puissance le moteur à induction triphasé (ou polyphasé) est utilisé.
Asynchrone
On emploie les décalages de 120° entre les trois phases de l'alimentation électrique triphasée pour créer par le
stator un champ électromagnétique tournant dans le moteur.
- Le rotor le plus simple est fait d'une cage d'écureuil composée d'un certain nombre de conducteurs de cuivre, dans une pièce en acier canalisant le champ électromagnétique. Ce rotor est tracté par les attractions
et répulsions du champ tournant créé par induction dans le rotor, d'où le nom de moteur à induction qui est aussi donné au moteur
asynchrone. Ce champ induit dans le rotor ne peut exister que si ce dernier tourne à une vitesse différente du champ tournant
créé par le stator, d'où le nom d'asynchrone.
- Par induction le champ magnétique tournant induit un courant électrique dans les conducteurs, qui à leur tour fabriquent un
champ magnétique s'opposant à la disparition du champ tournant et entraîne le rotor à la poursuite du champ tournant.
- Pour qu'il fonctionne en moteur il faut que la fréquence de l'alimentation soit plus élevée que la vitesse de rotation du
rotor, sinon aucun champ induit n'est produit dans le rotor, un freinage peut être obtenu en ralentissant la fréquence de
l'alimentation.
- Ce moteur devient un alternateur lorsqu'il est entrainé au dela de la vitesse de synchronisme (fonctionnement
hypersynchrone), mais il doit être alors forcément relié au réseau.
Ces moteurs étant les plus économiques, ils ont remplacé les moteurs à courant continu dans un très grand nombre
d'applications. En effet leur défaut majeur était le peu de variation possible de leur vitesse mais, depuis les années 1980, sont
apparus des variateurs (les onduleurs) qui permettent de faire varier la fréquence d'alimentation (et la tension afin de
maintenir le rapport U/f constant) et donc la fréquence de rotation du moteur dans une large gamme.
Réglage de la vitesse de rotation des moteurs asynchrones triphasés [1]
Synchrone
Lorsque le rotor est composé de trois enroulement alimentés chacun par une des trois phases, créant un champ magnétique
tournant, permanent, on obtient un moteur synchrone.
- Le rotor s'accroche sur le champ magnétique tournant du stator.
- Les moteurs synchrones peuvent être utilisés en générateurs électriques.
Moteur synchrone [2]
Caractéristique communes
La vitesse de moteur à courant alternatif dépend principalement de la fréquence de rotation des phases et, du courant de
fuite.
- La différence de rotation entre le rotor et le champs du stator, détermine le couple que le moteur produit.
- La vitesse dans ces types de moteur a été traditionnellement dégradée en ajoutant des enroulements ou des pôles dans le
moteur, pouvant être commutés pour changer la vitesse de rotation du champ magnétique.
- Les développements de l'électronique de puissance, font que la fréquence de l'alimentation peut varier à la demande
fournissant ainsi un contrôle beaucoup plus souple de la vitesse du moteur.
Moteurs pas à pas
Un autre genre de moteur électrique est le moteur pas à pas, où un rotor interne contenant les aimants
permanents est commandé par un ensemble d'aimants externes qui sont commutés électroniquement. Un moteur pas à
pas est entre un moteur électrique de courant continu et un
solénoïde. Les moteurs pas à pas simples ont un nombre limité de positions, mais les moteurs pas à
pas proportionnellement commandés peuvent être extrémement souples. Ces moteurs commandés par ordinateur sont une des
formes les plus souples de systèmes de positionnement, en particulier dans les piéces des systèmes servocommandé numérique, comme
les moteur de positionnement des têtes de lecture des disques.
Principe de fonctionnement [3]
Moteurs Linéaire
Un moteur linéaire est essentiellement un moteur électrique qui « a été déroulé » de sorte qu'au lieu de produire un
couple (rotation), il produise une force linéaire sur sa longueur en installant un champ électromagnétique de déplacement. Ils se
divisent en ceux à accélération faible utilisés dans le transport aussi bien le Transrapid que le SkyTrain, et ceux à
accélération rapide dans les armes comme le canon magnétique
et les engins spatiaux.
Voir aussi
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