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Composants et principe de fonctionnement du moteur

2023-12-06 15:11:30

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Moteur est un dispositif électromagnétique qui réalise la conversion ou la transmission de l'énergie électrique selon la loi de l'induction électromagnétique. Les moteurs électriques peuvent être classés en moteurs électriques et générateurs. Un moteur électrique est représenté par la lettre M dans le circuit. Sa fonction principale est de produire un couple moteur, en tant que source d'alimentation d'appareils électriques ou de diverses machines. UN générateur est représenté par la lettre G dans le circuit. Sa fonction principale est de convertir l'énergie mécanique en énergie électrique.

Composants de moteurs

Un moteur électrique comporte deux parties mécaniques : un rotor et un stator. Il comporte également deux parties électriques : un aimant et un induit dont l'un est relié au rotor et l'autre au stator. Les aimants produisent un champ magnétique qui traverse l'armature. Ces aimants peuvent être des électro-aimants ou des aimants permanents. Les aimants du champ magnétique sont généralement situés sur le stator, tandis que l'induit est situé sur le rotor. Mais les deux peuvent aussi être inversés.

Roulements

Le rotor est soutenu par des roulements. Les roulements transmettent la force des charges axiales et radiales de l'arbre au carter du moteur, faisant ainsi tourner le rotor sur l'arbre.

Rotor

Le rotor est la pièce mobile qui fournit la puissance mécanique. Le rotor est généralement équipé de conducteurs qui transportent un courant électrique. Le champ magnétique du stator exerce une force sur le conducteur, provoquant la rotation de l’arbre. Certains rotors portent des aimants permanents. Les aimants permanents ont un rendement élevé sur une large plage de vitesses et de puissances de fonctionnement.

Trou d'air

L'entrefer entre le stator et le rotor permet la rotation. La largeur de l'entrefer a un effet significatif sur les caractéristiques électriques du moteur. En général, plus l’entrefer est petit, meilleures sont les performances du moteur. En effet, un entrefer excessif réduit les performances. A l’inverse, un entrefer trop petit peut créer des frictions en plus du bruit.

L'arbre du moteur s'étend à l'extérieur du moteur pour répondre aux exigences de charge. Étant donné que la force de la charge s’étend au-delà du roulement le plus extérieur, on parle de charge suspendue.

Stator

Le stator est positionné autour du rotor et intègre généralement des aimants de champ, qui peuvent être des aimants permanents ou des électro-aimants (comprenant des enroulements autour d'un noyau ferromagnétique). Ces aimants créent un champ magnétique qui imprègne l'induit du rotor et génère une force sur les enroulements du rotor. Le noyau du stator contient plusieurs tôles minces et isolées appelées tôles, fabriquées à partir d'acier électrique qui possède des propriétés spécifiques telles que la perméabilité, l'hystérésis et la saturation. Si un noyau solide était utilisé, des courants de Foucault seraient produits, mais cet effet est minimisé par l'empilement des feuilles. Pour les moteurs à courant alternatif alimentés par le secteur, les conducteurs des enroulements sont imprégnés de vernis sous vide pour éviter les vibrations des fils, qui peuvent user l'isolation et réduire la durée de vie du moteur. En revanche, les moteurs encapsulés dans de la résine que l'on trouve dans les pompes submersibles, les machines à laver et les climatiseurs de puits profonds ont leurs stators recouverts de résine plastique, ce qui aide à prévenir la corrosion et à minimiser le bruit conduit.

Armature

Une armature est constituée d'un fil enroulé autour d'un noyau ferromagnétique. Lorsque le courant traverse les fils, un champ magnétique exerce sur eux une force (force de Lorentz) qui fait tourner le rotor. Les enroulements sont des bobines enroulées autour d'un noyau ferromagnétique en fer doux laminé qui, lorsqu'il est alimenté, forme des pôles magnétiques.

Les moteurs sont classés en deux configurations, avec et sans pôles magnétiques. Dans les moteurs à pôles salins, les noyaux ferromagnétiques du rotor et du stator ont des saillies appelées pôles se faisant face. Les fils sont enroulés autour de chaque pôle sous la face du pôle. À mesure que le courant circule dans les fils, ces pôles deviennent des pôles nord et sud. Dans un moteur à pôles non asymétriques (champ distribué ou rotor circulaire), le noyau ferromagnétique est un cylindre lisse. Les enroulements sont répartis uniformément dans des fentes sur toute la circonférence. Le courant alternatif dans les enroulements crée des pôles magnétiques en rotation continue dans le noyau. Les moteurs à pôles ombragés ont un enroulement autour de certains pôles qui retarde la phase du champ magnétique au niveau de ce pôle.

Commutateur

Un commutateur est un interrupteur électrique rotatif qui fournit du courant au rotor. Le collecteur inverse périodiquement le courant dans les enroulements du rotor lorsque l'arbre tourne. Le collecteur est constitué d'un cylindre constitué d'une pluralité de segments de contact métalliques sur un induit. Pressés contre le collecteur se trouvent deux ou plusieurs contacts électriques, appelés « brosses », constitués d'un matériau conducteur souple tel que le carbone. Lorsque le rotor tourne, les balais sont en contact glissant avec les segments successifs du collecteur, fournissant du courant au rotor. Les enroulements du rotor sont connectés aux pales du collecteur. Chaque demi-tour (180°) du collecteur inverse le sens du courant dans les enroulements du rotor. Ainsi la direction du couple appliqué au rotor reste toujours la même. Sans cette inversion, le sens du couple sur le bobinage du rotor s'inverse à chaque demi-tour, arrêtant ainsi le rotor. Les moteurs commutés ont été pour la plupart remplacés par des moteurs sans balais, des moteurs à aimants permanents et des moteurs à induction.

Alimentation et contrôle du moteur

Alimentation moteur

Comme mentionné ci-dessus, les moteurs à courant continu sont généralement alimentés via un collecteur à anneau ouvert-fermé. Un moteur à courant alternatif peut être commuté à l'aide d'un collecteur à bague collectrice ou d'un collecteur externe. Il peut s'agir d'un type de contrôle à vitesse fixe ou variable et peut être synchrone ou asynchrone. Les moteurs à usage général peuvent fonctionner en courant alternatif ou continu.

Contrôle moteur

Les moteurs à courant continu peuvent fonctionner à des vitesses variables en ajustant la tension appliquée aux bornes ou en utilisant la modulation de largeur d'impulsion (PWM).

Les moteurs à courant alternatif fonctionnant à des vitesses fixes sont généralement alimentés directement à partir du réseau ou via un démarreur progressif ; Les moteurs à courant alternatif fonctionnant à des vitesses variables sont alimentés par une variété d'onduleurs, de variateurs de fréquence ou de technologies de collecteur électronique.

Le terme à commutation électronique est généralement associé aux moteurs à courant continu sans balais à commutation automatique et aux applications de moteurs à réluctance commutée.

Directeurs d'école

Les moteurs électriques dépendent des champs magnétiques pour fonctionner. Les champs magnétiques peuvent être générés par des aimants ou par des enroulements autour d'un noyau magnétique. La théorie commence par une explication de la force magnétique sur un fil porteur de courant exposé à un champ magnétique. Un aimant produit un champ magnétique entre les pôles N et S. Les lignes de champ magnétique sortent du pôle N et entrent dans le pôle S. Ce champ magnétique est constant, il n’y a aucune fluctuation du champ magnétique et il ressemble à un champ magnétique continu.

Lorsqu'un fil porteur de courant entre dans un champ magnétique, le fil est soumis à une force magnétique et se déplace ainsi. L’ampleur de la force magnétique dépend d’un certain nombre de paramètres qui seront abordés dans cet article. Le premier paramètre qui affecte la force magnétique est le courant traversant le fil. Si le courant traversant le fil est nul, aucune force ne sera appliquée au fil et la force est directement liée au courant. On peut donc écrire l’équation suivante :

(1). F ∝ je

où F est la force magnétique et I le courant dans le fil. L'autre paramètre est la longueur du fil qui voit le champ magnétique. La relation entre la force magnétique et la longueur du fil exposé est également simple et peut s'écrire :

(2). F∝l

où l est la longueur du fil. Le dernier paramètre est l’intensité du champ magnétique qui a une relation directe avec la force magnétique comme :

(3). F∝B

Ces trois paramètres déterminent la valeur maximale de la force magnétique lorsque le champ est perpendiculaire au fil. Par conséquent, tout écart par rapport à la position perpendiculaire réduit la force exercée sur le fil. Cela signifie que la force magnétique n’atteint pas sa valeur maximale. En effet, il existe un angle entre le champ magnétique et le courant dans le conducteur.

En considérant tous les paramètres, la force magnétique peut être calculée à partir des équations données :

(4). F=B·I·l·sinθ

Désormais, au lieu d’un seul conducteur entre les pôles, il y a une boucle. La boucle peut avoir n'importe quelle forme. Mais pour une meilleure compréhension, supposons que la boucle soit rectangulaire. Dans ce cas, chaque côté de la boucle transporte du courant et est soumis à une force magnétique. La direction de la force peut être obtenue par la règle de gauche.

Dans cette règle, le pouce est aligné avec la force magnétique, l’index indique le champ magnétique et le chiffre du milieu indique la direction du courant. Tous ces doigts sont perpendiculaires les uns aux autres. Selon l'équation 4, la force magnétique est nulle lorsque le courant transporté est parallèle au champ magnétique. Par conséquent, la force magnétique sur BC et AD est nulle.

Dans ce cas, seuls AB et CD sont magnétisés. En appliquant la règle de la main gauche aux chemins AB et CD, la direction de la force magnétique sera vers le haut pour le chemin AB et vers le bas pour le chemin CD. Ces deux forces opposées provoquent la rotation de la boucle. Cependant, la rotation ne peut pas être réalisée car le sens du courant dans la boucle reste le même. Cela signifie que lorsque la boucle est perpendiculaire au champ magnétique, c’est la position stable de la boucle. Dans cette position, les forces ascendantes et descendantes se neutralisent et la boucle métallique ne peut pas bouger. Pour résoudre ce problème, il faut rediriger le sens du courant dans la boucle à chaque demi-tour de rotation pour permettre à la boucle métallique de tourner. De plus, l'inertie aidera la boucle métallique à continuer de tourner et de passer par la position stable.

 

 

 

 

 

 

 

 

PRODUIT CONNEXE