Les moteurs à courant alternatif font preuve d'une grande souplesse en termes de fonctionnalités, comme notamment le contrôle de vitesse et sont largement employés dans l'industrie, comparé aux moteurs à courant continu, voici certains des principaux avantages :
• Faible consommation au démarrage
• Accélération et Vitesse de fonctionnement ajustable
• Courant de démarrage contrôlé
• Limite de couple ajustable
La tendance actuelle consiste à ajouter davantage de fonctionnalités telles que le contrôleur à logique programmable (PLC) pour contrôler la vitesse.
Le moteur à courant alternatif convertit le courant alternatif en puissance mécanique.
Pour les applications de faible et moyenne puissance (jusqu'à quelques kilowatts), le réseau monophasé standard suffit. Pour des applications de forte puissance, les moteurs à courant alternatif sont généralement alimentés par une source de courants polyphasés. Le système le plus fréquemment utilisé est alors le triphasé (phases décalées de 120°) utilisé par les distributeurs d'électricité.
Ces moteurs alternatifs se déclinent en trois types :
• Les moteurs synchrones
• Les moteurs asynchrones
• Les moteurs universels
Ces deux premières machines ne diffèrent que par leur rotor.
L'explication détaillée de ces types de moteur est exprimée ci-dessous.
A- Les Moteurs synchrones
La machine synchrone est inventée par Nikola Tesla. Son concept figure dans un dépôt de sept brevets du 1er mai 1888 où il en décrit plusieurs variantes ainsi que le principe du courant alternatif biphasé et triphasé et leur distribution.
Le terme de moteur synchrone regroupe toutes les machines dont la vitesse de "rotation de l'arbre de sortie" est égale à la vitesse de "rotation du champ tournant". Le Moteur synchrone est généralement utilisé avec une alimentation en courant alternatif triphasé.
Une machine synchrone est une machine électrique qui :
• soit produit un courant électrique dont la fréquence est déterminée par la vitesse de rotation du rotor : fonctionnement en « génératrice » dans deux quadrants du plan couple-vitesse. L'alternateur est une application particulière de la machine synchrone, fonctionnant en génératrice dans un seul quadrant du plan couple-vitesse ;
• soit absorbe un courant électrique dont la fréquence détermine la vitesse de rotation du rotor : fonctionnement « moteur »
Au-delà de quelques kilowatts, les machines synchrones sont généralement des machines triphasées. Le rotor, souvent appelé « roue polaire », est alimenté par une source de courant continu ou équipé d'aimants permanents.
La machine synchrone se compose d'une partie tournante, le rotor, et d'une partie fixe, le stator. Le rotor peut se composer d'aimants permanents ou être constitué d'un bobinage alimenté en courant continu et d'un circuit magnétique (électro-aimant).
Pour produire du courant, on utilise une force extérieure pour faire tourner le rotor : son champ magnétique, en tournant, induit un courant électrique alternatif dans les bobines du stator. La vitesse de ce champ tournant est appelée « vitesse de synchronisme ».
Le rotor est un électroaimant qui est bloqué magnétiquement avec un champ magnétique tournant du stator et qui tourne avec lui. La vitesse de ces machines varie en faisant varier la fréquence (f) et le nombre de pôles (P), comme Ns = 120 f / P.
Le rotor, souvent appelé « roue polaire », est alimenté par une source continue ou équipé d'aimants permanents. Le moteur synchrone est souvent utilisé comme génératrice. On l'appelle alors « alternateur ».
Le courant de champ généré par la partie stator tourne à une vitesse constante en fonction de la fréquence alternative et le rotor suit la même vitesse de courant de stator. La rotation du rotor est synchronisée avec la fréquence du courant d'alimentation et la vitesse reste constante sous des charges variables. La tendance à fonctionner de manière synchrone par rapport au courant du stator est la principale raison du nom «Moteur synchrone».
Dans le cas d'un moteur synchrone idéal, il n'y a pas d'écart entre la vitesse du rotor et la vitesse du courant du stator, ce qui le rend idéal pour du matériel de pilotage à vitesse constante.
Vu que le niveau de précision de la rotation est assez élevé, ce type de moteur est utilisé dans les appareils de positionnement de grande précision, tel que la robotique moderne, l’automatisation à haute intensité, etc.
Le moteur synchrone existe dans deux versions soit bobinées pour les fortes puissances et à aimant pour les entraînements à hautes performances.
B- Les Moteur asynchrones (à induction)
1-Historique
La paternité de la machine asynchrone est controversée. Elle pourrait être attribuée à trois inventeurs :
• En 1887, Nikola Tesla dépose un brevet sur la machine asynchrone, puis en mai de l'année suivante cinq autres brevets ;
• Pendant la même période Galileo Ferraris publie des traités sur les machines tournantes, avec une expérimentation en 1885, puis une théorie sur la machine asynchrone en avril 1888 ;
• En 1889, Mikhaïl Dolivo-Dobrovolski, électricien allemand d'origine russe, invente la première machine asynchrone à courant triphasé à cage d'écureuil qui sera construite industriellement à partir de 1891.
2-Présentation du moteur asynchrone
Le terme asynchrone provient du fait que la vitesse de ces moteurs n'est pas forcément proportionnelle à la fréquence des courants qui la traversent.
Du fait de sa simplicité de construction, d'utilisation et d'entretien, de sa robustesse et son faible prix de revient, le moteur asynchrone est aujourd'hui le moteur électrique le plus utilisé, car sa gamme de puissance peut aller de quelques centaines de watts à plusieurs milliers de kilowatts. C'est le type de moteur à courant alternatif le plus courant et important dans l'industrie du fait de sa capacité de charge. Il a la particularité d'être robuste, simple et il offre en plus le meilleur rapport qualité prix.
Ce genre de moteur électrique est utilisé sur des machines-outils tels que des nettoyeurs à haute pression.Le moteur qui ne fonctionne jamais à une vitesse synchrone est appelée moteur asynchrone ou à induction. Ce moteur utilise un phénomène d'induction électromagnétique pour transformer l'énergie électrique en énergie mécanique.
Selon la construction du rotor, il existe deux types de moteur à induction. À savoir moteur à induction à cage d'écureuil et moteur à induction à enroulement de phase.
Dans ce type de moteur, il n’ya aucune connexion entre le stator et le rotor. Il utilise l'induction électromagnétique du champ magnétique du bobinage du stator pour produire un courant électrique dans le rotor et donc du couple.
En raison de l'interaction du champ magnétique et de ces courants de circulation, le rotor commence à tourner et continue sa rotation. Ceci est un moteur à induction qui est également connu sous le nom de moteur asynchrone fonctionne à une vitesse inférieure à la vitesse synchrone.
La machine se compose de deux pièces principales :
• le stator est une pièce construite en matériau ferromagnétique, servant de support et incluant un bobinage relié au réseau ou à un variateur de vitesse ;
• le rotor est un cylindre en matériau ferromagnétique relié au stator par des paliers. Il comporte un enroulement constitué de conducteurs en court-circuit parcourus par des courants induits par le champ magnétique créé par les courants statoriques. C'est la principale différence avec une machine synchrone, laquelle a un rotor avec un champ magnétique provenant d'aimants permanents ou de bobines alimentées en courant continu.
Cette machine peut, selon sa construction, être alimentée par un réseau monophasé ou polyphasé (généralement triphasé car c'est celui de la distribution).
Les moteurs à courant alternatif sont classés en moteurs monophasés et triphasés.
3-Moteur asynchrone monophasé
Il s'agit du type de moteur à courant alternatif le plus courant que vous pouvez voir dans les applications quotidiennes. Ils sont principalement utilisés pour de plus petites charges, comme dans les appareils électroménagers.
A noter que la vitesse du rotor de ce type de moteur est inférieure à la vitesse synchrone et dépend toujours de la charge appliquée. Cela signifie que si on augmente la charge connectée, la vitesse du moteur sera réduite.
Selon la construction du rotor, il existe deux types de moteur asynchrone à courant monophasé, à savoir le type à bague collectrice et le type à cage d'écureuil.
Ces moteurs sont alimentés par une alimentation de 230 volts et sont utilisés généralement dans les pompes à eau, les petits ventilateurs de table, les mélangeurs, les centrifugeuses à fruits et bien d'autres appareils,…
4-Moteur asynchrone triphasé
Le principe de fonctionnement est le même, mais la différence fondamentale réside dans la tension appliquée. Au lieu d'une alimentation monophasée de 230 V courants alternatifs, on utilise ici une alimentation triphasée de 415 V pour faire fonctionner le moteur.
Les moteurs asynchrones triphasés sont davantage utilisés dans les applications industrielles telles que les compresseurs d'air, pompes, systèmes de convoyeurs, les ventilateurs de refroidissement de grande taille et le matériel de levage,…
C- Les Moteurs Universels
Un moteur universel est un moteur électrique fonctionnant sur le même principe qu'une machine à courant continu à excitation série : le rotor est connecté en série avec l'enroulement inducteur. Le couple de cette machine indépendant du sens de circulation du courant est proportionnel au carré de son intensité.
Il peut donc être alimenté indifféremment en courant continu ou en courant alternatif, d'où son nom. Pour limiter les courants de Foucault qui apparaissent systématiquement dans toutes les zones métalliques massives soumises à des champs magnétiques alternatifs, son stator et son rotor sont feuilletés.
Dans la pratique, ces moteurs ont un mauvais rendement, mais un coût de fabrication très réduit. Leur couple est faible, mais leur vitesse de rotation est importante. Quand ils sont utilisés dans des dispositifs exigeant un couple important, ils sont associés à un réducteur mécanique.
Ils sont principalement utilisés dans l'électroménager, par exemple les aspirateurs, l'outillage électroportatif de faible puissance et de nombreuses applications domestiques. On règle facilement leur vitesse de rotation avec des dispositifs électroniques peu coûteux tels que les gradateurs.
• Faible consommation au démarrage
• Accélération et Vitesse de fonctionnement ajustable
• Courant de démarrage contrôlé
• Limite de couple ajustable
La tendance actuelle consiste à ajouter davantage de fonctionnalités telles que le contrôleur à logique programmable (PLC) pour contrôler la vitesse.
Le moteur à courant alternatif convertit le courant alternatif en puissance mécanique.
Pour les applications de faible et moyenne puissance (jusqu'à quelques kilowatts), le réseau monophasé standard suffit. Pour des applications de forte puissance, les moteurs à courant alternatif sont généralement alimentés par une source de courants polyphasés. Le système le plus fréquemment utilisé est alors le triphasé (phases décalées de 120°) utilisé par les distributeurs d'électricité.
Ces moteurs alternatifs se déclinent en trois types :
• Les moteurs synchrones
• Les moteurs asynchrones
• Les moteurs universels
Ces deux premières machines ne diffèrent que par leur rotor.
L'explication détaillée de ces types de moteur est exprimée ci-dessous.
A- Les Moteurs synchrones
La machine synchrone est inventée par Nikola Tesla. Son concept figure dans un dépôt de sept brevets du 1er mai 1888 où il en décrit plusieurs variantes ainsi que le principe du courant alternatif biphasé et triphasé et leur distribution.
Le terme de moteur synchrone regroupe toutes les machines dont la vitesse de "rotation de l'arbre de sortie" est égale à la vitesse de "rotation du champ tournant". Le Moteur synchrone est généralement utilisé avec une alimentation en courant alternatif triphasé.
Une machine synchrone est une machine électrique qui :
• soit produit un courant électrique dont la fréquence est déterminée par la vitesse de rotation du rotor : fonctionnement en « génératrice » dans deux quadrants du plan couple-vitesse. L'alternateur est une application particulière de la machine synchrone, fonctionnant en génératrice dans un seul quadrant du plan couple-vitesse ;
• soit absorbe un courant électrique dont la fréquence détermine la vitesse de rotation du rotor : fonctionnement « moteur »
Au-delà de quelques kilowatts, les machines synchrones sont généralement des machines triphasées. Le rotor, souvent appelé « roue polaire », est alimenté par une source de courant continu ou équipé d'aimants permanents.
La machine synchrone se compose d'une partie tournante, le rotor, et d'une partie fixe, le stator. Le rotor peut se composer d'aimants permanents ou être constitué d'un bobinage alimenté en courant continu et d'un circuit magnétique (électro-aimant).
Pour produire du courant, on utilise une force extérieure pour faire tourner le rotor : son champ magnétique, en tournant, induit un courant électrique alternatif dans les bobines du stator. La vitesse de ce champ tournant est appelée « vitesse de synchronisme ».
Le rotor est un électroaimant qui est bloqué magnétiquement avec un champ magnétique tournant du stator et qui tourne avec lui. La vitesse de ces machines varie en faisant varier la fréquence (f) et le nombre de pôles (P), comme Ns = 120 f / P.
Le rotor, souvent appelé « roue polaire », est alimenté par une source continue ou équipé d'aimants permanents. Le moteur synchrone est souvent utilisé comme génératrice. On l'appelle alors « alternateur ».
Le courant de champ généré par la partie stator tourne à une vitesse constante en fonction de la fréquence alternative et le rotor suit la même vitesse de courant de stator. La rotation du rotor est synchronisée avec la fréquence du courant d'alimentation et la vitesse reste constante sous des charges variables. La tendance à fonctionner de manière synchrone par rapport au courant du stator est la principale raison du nom «Moteur synchrone».
Dans le cas d'un moteur synchrone idéal, il n'y a pas d'écart entre la vitesse du rotor et la vitesse du courant du stator, ce qui le rend idéal pour du matériel de pilotage à vitesse constante.
Vu que le niveau de précision de la rotation est assez élevé, ce type de moteur est utilisé dans les appareils de positionnement de grande précision, tel que la robotique moderne, l’automatisation à haute intensité, etc.
Le moteur synchrone existe dans deux versions soit bobinées pour les fortes puissances et à aimant pour les entraînements à hautes performances.
B- Les Moteur asynchrones (à induction)
1-Historique
La paternité de la machine asynchrone est controversée. Elle pourrait être attribuée à trois inventeurs :
• En 1887, Nikola Tesla dépose un brevet sur la machine asynchrone, puis en mai de l'année suivante cinq autres brevets ;
• Pendant la même période Galileo Ferraris publie des traités sur les machines tournantes, avec une expérimentation en 1885, puis une théorie sur la machine asynchrone en avril 1888 ;
• En 1889, Mikhaïl Dolivo-Dobrovolski, électricien allemand d'origine russe, invente la première machine asynchrone à courant triphasé à cage d'écureuil qui sera construite industriellement à partir de 1891.
2-Présentation du moteur asynchrone
Le terme asynchrone provient du fait que la vitesse de ces moteurs n'est pas forcément proportionnelle à la fréquence des courants qui la traversent.
Du fait de sa simplicité de construction, d'utilisation et d'entretien, de sa robustesse et son faible prix de revient, le moteur asynchrone est aujourd'hui le moteur électrique le plus utilisé, car sa gamme de puissance peut aller de quelques centaines de watts à plusieurs milliers de kilowatts. C'est le type de moteur à courant alternatif le plus courant et important dans l'industrie du fait de sa capacité de charge. Il a la particularité d'être robuste, simple et il offre en plus le meilleur rapport qualité prix.
Ce genre de moteur électrique est utilisé sur des machines-outils tels que des nettoyeurs à haute pression.Le moteur qui ne fonctionne jamais à une vitesse synchrone est appelée moteur asynchrone ou à induction. Ce moteur utilise un phénomène d'induction électromagnétique pour transformer l'énergie électrique en énergie mécanique.
Selon la construction du rotor, il existe deux types de moteur à induction. À savoir moteur à induction à cage d'écureuil et moteur à induction à enroulement de phase.
Dans ce type de moteur, il n’ya aucune connexion entre le stator et le rotor. Il utilise l'induction électromagnétique du champ magnétique du bobinage du stator pour produire un courant électrique dans le rotor et donc du couple.
En raison de l'interaction du champ magnétique et de ces courants de circulation, le rotor commence à tourner et continue sa rotation. Ceci est un moteur à induction qui est également connu sous le nom de moteur asynchrone fonctionne à une vitesse inférieure à la vitesse synchrone.
La machine se compose de deux pièces principales :
• le stator est une pièce construite en matériau ferromagnétique, servant de support et incluant un bobinage relié au réseau ou à un variateur de vitesse ;
• le rotor est un cylindre en matériau ferromagnétique relié au stator par des paliers. Il comporte un enroulement constitué de conducteurs en court-circuit parcourus par des courants induits par le champ magnétique créé par les courants statoriques. C'est la principale différence avec une machine synchrone, laquelle a un rotor avec un champ magnétique provenant d'aimants permanents ou de bobines alimentées en courant continu.
Cette machine peut, selon sa construction, être alimentée par un réseau monophasé ou polyphasé (généralement triphasé car c'est celui de la distribution).
Les moteurs à courant alternatif sont classés en moteurs monophasés et triphasés.
3-Moteur asynchrone monophasé
Il s'agit du type de moteur à courant alternatif le plus courant que vous pouvez voir dans les applications quotidiennes. Ils sont principalement utilisés pour de plus petites charges, comme dans les appareils électroménagers.
A noter que la vitesse du rotor de ce type de moteur est inférieure à la vitesse synchrone et dépend toujours de la charge appliquée. Cela signifie que si on augmente la charge connectée, la vitesse du moteur sera réduite.
Selon la construction du rotor, il existe deux types de moteur asynchrone à courant monophasé, à savoir le type à bague collectrice et le type à cage d'écureuil.
Ces moteurs sont alimentés par une alimentation de 230 volts et sont utilisés généralement dans les pompes à eau, les petits ventilateurs de table, les mélangeurs, les centrifugeuses à fruits et bien d'autres appareils,…
4-Moteur asynchrone triphasé
Le principe de fonctionnement est le même, mais la différence fondamentale réside dans la tension appliquée. Au lieu d'une alimentation monophasée de 230 V courants alternatifs, on utilise ici une alimentation triphasée de 415 V pour faire fonctionner le moteur.
Les moteurs asynchrones triphasés sont davantage utilisés dans les applications industrielles telles que les compresseurs d'air, pompes, systèmes de convoyeurs, les ventilateurs de refroidissement de grande taille et le matériel de levage,…
C- Les Moteurs Universels
Un moteur universel est un moteur électrique fonctionnant sur le même principe qu'une machine à courant continu à excitation série : le rotor est connecté en série avec l'enroulement inducteur. Le couple de cette machine indépendant du sens de circulation du courant est proportionnel au carré de son intensité.
Il peut donc être alimenté indifféremment en courant continu ou en courant alternatif, d'où son nom. Pour limiter les courants de Foucault qui apparaissent systématiquement dans toutes les zones métalliques massives soumises à des champs magnétiques alternatifs, son stator et son rotor sont feuilletés.
Dans la pratique, ces moteurs ont un mauvais rendement, mais un coût de fabrication très réduit. Leur couple est faible, mais leur vitesse de rotation est importante. Quand ils sont utilisés dans des dispositifs exigeant un couple important, ils sont associés à un réducteur mécanique.
Ils sont principalement utilisés dans l'électroménager, par exemple les aspirateurs, l'outillage électroportatif de faible puissance et de nombreuses applications domestiques. On règle facilement leur vitesse de rotation avec des dispositifs électroniques peu coûteux tels que les gradateurs.
0 Commentaires