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Un 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 en générateurs. Un moteur électrique est représenté par la lettre M dans le circuit. Sa fonction principale est de produire un couple moteur, comme source d'énergie d'appareils électriques ou de diverses machines. Dans le circuit, la lettre G représente un générateur. générateur convertit l'énergie mécanique en énergie électrique.
Composants de moteurs
Les deux parties mécaniques d'un moteur électrique sont appelées le rotor et le stator. Les deux parties électriques sont appelées l'aimant et l'armature, l'une fixée au rotor et l'autre au stator. Ces aimants, qu'il s'agisse d'aimants permanents ou d'électroaimants, génèrent un champ magnétique à travers l'armature. Les aimants de champ magnétique peuvent être placés sur le stator tandis que l'armature serait sur le rotor, mais cela peut aussi être l'inverse.
Bearings
Il est monté sur des roulements. Les roulements transmettent les forces de charge axiales et radiales à travers l'arbre jusqu'au carter du moteur, de sorte que le rotor tourne sur l'arbre.
Rotor
Le rotor est la partie mobile qui fournit la puissance mécanique. Le rotor est normalement équipé de conducteurs transportant un courant électrique. Le champ magnétique du stator exerce une force sur le conducteur, ce qui entraîne la rotation de l'arbre. Certains rotors sont équipés d'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 de ce dernier. La largeur de l'entrefer a une influence considérable sur les caractéristiques électriques du moteur. En règle générale, plus l'entrefer est étroit, plus le moteur est performant. En effet, un entrefer trop important réduit les performances. À l'inverse, un entrefer trop petit crée des frottements en plus du bruit.
L'arbre du moteur est situé à l'extérieur du moteur pour répondre aux exigences de charge. De plus, comme la force de charge se situe au-delà du palier le plus éloigné, on parle de charge suspendue.
Stator
Votre
Le stator est placé autour du rotor et comprend généralement les aimants de champ, qui peuvent être des aimants permanents ou des électroaimants (câblage autour d'un noyau ferromagnétique). Ces aimants créent un champ magnétique qui imprègne l'armature du rotor et génère une force sur les enroulements du rotor. Le noyau du stator contient de nombreuses feuilles métalliques minces et isolées appelées laminations en acier électrique avec des propriétés telles que la perméabilité, l'hystérésis et la saturation. S'il y avait un noyau solide, 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, éliminant les vibrations des fils qui autrement court-circuiteraient l'isolation et réduiraient la durée de vie du moteur. Les moteurs encapsulés dans de la résine, utilisés dans des applications telles que les pompes submersibles à puits profonds, les machines à laver et les climatiseurs, ont les enroulements des stators enfermés dans de la résine plastique pour éviter la corrosion et réduire le bruit conduit.
Armature
Une armature est 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 provoque la rotation du rotor. Les enroulements sont des bobines enroulées autour d'un noyau ferromagnétique en fer doux laminé, qui, lorsqu'il est alimenté par des pôles magnétiques.
Il existe deux configurations de moteurs, avec et sans pôles magnétiques. Dans les moteurs à pôles salins, les noyaux ferromagnétiques du rotor et du stator contiennent des projections appelées pôles qui se font face. Sous la face du pôle, chaque pôle contient un enroulement de fil. Le flux de courant dans ces fils transforme ces pôles en pôles nord et sud. Dans un moteur à pôles non asymétriques, également appelé moteur à champ distribué ou moteur à rotor circulaire, le noyau ferromagnétique est un cylindre lisse. Ses enroulements sont répartis uniformément dans des fentes autour de la circonférence. Le courant alternatif dans les enroulements produit un pôle magnétique en rotation continue dans le noyau. Les moteurs à pôles ombrés ont un enroulement autour de certains des pôles qui retarde la phase du champ magnétique à ce pôle.
Commutateur
Un commutateur est un interrupteur électrique rotatif qui alimente le rotor en courant. Le commutateur inverse périodiquement le courant dans les enroulements du rotor lorsque l'arbre tourne. Le commutateur a la forme d'un cylindre sur lequel sont positionnés plusieurs segments de contact métalliques, et disposés sur une armature. Deux ou plusieurs contacts électriques appelés « balais » sont constitués d'un matériau conducteur souple tel que le carbone, pressé sur la face du commutateur. Lors de la rotation, cela produit un contact glissant avec les segments successifs du commutateur par les balais pour l'alimentation en courant du rotor, les enroulements étant reliés aux lames du commutateur. Chaque demi-tour (180°) du commutateur inverse le sens du courant dans les enroulements du rotor. Ainsi, le sens du couple appliqué au rotor reste toujours le même. Sans cette inversion, le sens du couple sur l'enroulement du rotor s'inverse à chaque demi-tour, ce qui arrête le rotor. Les moteurs à commutation ont été majoritairement 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 par un commutateur à bague ouverte-fermée. Un moteur à courant alternatif peut être commuté à l'aide d'un commutateur à bague collectrice ou d'un commutateur externe. Il peut s'agir d'un type de contrôle de 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 fonctionnent sur une plage de vitesses en ajustant la tension appliquée aux bornes ou par modulation de largeur d'impulsion (PWM).
Les moteurs à courant alternatif fonctionnant à vitesse fixe sont normalement entraînés directement par le réseau ou via un démarreur progressif ; les moteurs à courant alternatif fonctionnant sur une plage de vitesses sont entraînés par une variété d'onduleurs de puissance, de variateurs de fréquence ou de technologies de commutateurs électroniques.
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 fonctionnent grâce à des champs magnétiques. 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 exercée sur un fil conducteur de courant exposé à un champ magnétique. Un aimant génère 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 pas de fluctuations dans le champ magnétique et il ressemble à un champ magnétique CC.
Lorsqu'un fil conducteur de courant entre dans un champ magnétique, le fil est soumis à une force magnétique et se déplace ainsi. L'amplitude de la force magnétique dépend de plusieurs paramètres qui seront abordés dans cet article. Tout d'abord, la force magnétique dépend du courant traversant le fil. C'est-à-dire que si le courant traversant le fil est nul, aucune force ne sera appliquée au fil tandis que la force est directement liée au courant. Par conséquent, l'équation suivante peut être écrite :
(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 comme suit :
(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 :
(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. En effet, si l'une de ces positions est déviée, la force magnétique n'atteint pas sa valeur maximale. La raison en est qu'un angle se forme entre le champ magnétique et le courant dans le conducteur.
En considérant tous les paramètres, la force magnétique peut être calculée par les équations suivantes :
(4). F=B·I·l·sinθ
Maintenant, au lieu d'avoir un conducteur entre les pôles, on considère une boucle. La boucle peut être de n'importe quelle forme. Mais pour une visualisation facile, supposons qu'elle soit rectangulaire. Ensuite, chacun de ses côtés portera le courant et sera soumis à une force magnétique. La direction de cette force peut être obtenue en utilisant la règle de la main gauche.
Dans cette règle, le pouce est parallèle à la force magnétique, l'index indique la direction du champ magnétique et le doigt du milieu indique la direction du courant. Tous ces doigts sont à angle droit les uns par rapport aux autres. La force magnétique est nulle si le courant transporté est parallèle au champ magnétique dans l'équation 4. Ainsi, la force magnétique sur BC et AD est nulle.
Ici, seuls AB et CD sont magnétisés. En appliquant la règle de la main gauche sur les chemins AB et CD, le sens de la force magnétique sera vers le haut pour le chemin AB et vers le bas pour le chemin CD. Ces deux forces de sens opposés font tourner la boucle. Cependant, la rotation ne peut pas être réalisée car le sens du courant dans la boucle reste le même. En d'autres termes, lorsque la boucle est perpendiculaire au champ magnétique, c'est la position de plus grande stabilité de la boucle. Là, les forces de traction vers le haut et vers le bas s'annulent, il n'y a donc pas de mouvement de la boucle de fil. Pour ce problème, chaque demi-tour de rotation nécessite que le sens du courant dans la boucle soit inversé pour que la boucle de fil tourne. De plus, l'inertie aidera la boucle de fil à continuer de tourner et à passer par la position de stabilité.
