Types de moteurs et leur fonctionnement

Fonctionnement des moteurs à courant continu

Les composants de base d'un moteur à courant continu sont les suivants

1. L'aimant de champ, également appelé stator
2. L'induit monté en rotation, également appelé rotor ou induit.
3. Le collecteur et les balais de charbon qui fournissent l'énergie électrique à l'enroulement de l'induit.

Il existe différentes manières d'expliquer le principe de fonctionnement d'un moteur à courant continu.

Le rotor se trouve dans le champ magnétique du stator, c'est-à-dire l'aimant de champ (permanent ou électroaimant). L'induit est constitué de plusieurs conducteurs parcourus par un courant. Lorsque des conducteurs parcourus par un courant se trouvent dans un champ magnétique, des forces agissent. Comme le rotor est monté de manière rotative dans le champ magnétique, les forces qui s'exercent en dehors de l'axe de rotation créent un couple. Ce couple entraîne alors un mouvement de rotation du rotor.

Une autre approche serait de considérer qu'un champ magnétique est créé par l'aimant de champ, c'est-à-dire le stator. Dans ce champ, le rotor est donc l'électroaimant monté en rotation. L'induit est relié à une source de tension par des contacts glissants appelés balais de charbon. Le courant qui circule dans l'induit entraîne la formation de pôles magnétiques dans l'induit. Le champ magnétique dans le stator et le champ magnétique dans l'induit génèrent un couple. Des pôles magnétiques différents s'attirent et des pôles magnétiques identiques se repoussent. Les forces d'attraction et de répulsion qui en résultent entre les pôles magnétiques font en sorte qu'un mouvement de rotation se produise.

Moteur asynchrone triphasé

Le moteur électrique le plus répandu dans le monde est le moteur asynchrone triphasé. Son principal avantage par rapport aux autres moteurs électriques est qu'il n'a pas besoin de contacts glissants. Il est donc extrêmement robuste, ne nécessite que très peu d'entretien et fonctionne en toute sécurité. Les moteurs asynchrones sont construits dans des puissances très différentes, allant de quelques watts pour les plus petits moteurs asynchrones triphasés à plusieurs dizaines de mégawatts pour les plus gros. Pour éviter les courants de Foucault et les pertes associées dues au champ magnétique tournant, les deux parties principales, c'est-à-dire le stator et le rotor, sont tôlées. Cela signifie qu'au lieu d'un seul noyau de fer, celui-ci est constitué de plusieurs tôles individuelles isolées les unes des autres. Dans ces noyaux de fer blanchis se trouvent des rainures réparties uniformément sur la circonférence, dans lesquelles sont placés les bobinages respectifs (bobinage du stator et du rotor). Le stator et le rotor sont séparés par un petit entrefer.

Dans la plupart des cas, l'enroulement statorique est un enroulement triphasé symétrique. Un bobinage triphasé se compose de trois enroulements individuels qui sont décalés de 120° les uns par rapport aux autres dans le cas d'un moteur avec un nombre de paires de pôles de p=1. Le nombre de paires de pôles détermine ensuite la vitesse du moteur. Ainsi, avec un nombre de paires de pôles de p=1 et une fréquence de 50 Hz, le champ tournant a une vitesse de rotation de 3000 tr/min (synchrone).

La vitesse de rotation peut être calculée comme suit :

nd= f*60/p

nd= vitesse de rotation du champ tournant
f= fréquence
p= nombre de paires de pôles

Les trois branches individuelles sont connectées soit en étoile, soit en triangle, en fonction de la tension disponible.

Considérons maintenant le rotor. Il existe ici 2 versions différentes. D'une part, le moteur asynchrone triphasé avec rotor à bagues et le moteur asynchrone triphasé avec rotor en court-circuit. Le rotor à bagues possède également un enroulement triphasé dans le rotor, qui est commuté en étoile ou en triangle. Les extrémités de commutation de l'enroulement du rotor sont accessibles via trois contacts glissants, soit un contact glissant pour chaque branche de l'enroulement.

Le champ magnétique tournant à 50 Hz dans le stator génère un champ magnétique dans l'induit (principe de l'induction). L'induit sur roulement à billes est alors mis en rotation par le champ magnétique. La vitesse de rotation de l'induit, à charge nominale, est toujours inférieure à la vitesse de rotation du champ magnétique rotatif. Cette différence de vitesse est appelée "glissement".