Les moteurs électriques

« Fonctionnement du moteur asynchrone triphasé Bobine 1 Phase 1 stator déplacement du champ magnétique Bobine2 ~ Phase 2 ~ Courant alternatif triphasé Bobine 3 Phase 3 une pérennit é de l'adaptation du moteur à la charge impos ée.

Un moteur élect rique atteint sa pleine efficacité lorsqu 'il travaille à sa capacité nominale .

S 'il fonctionne à faible charge , il y a, finalemen~ un gaspillage d 'énergie .

Dans le cas d'un moteur à champ magnét ique tournant , la puissance qui est utilisée pour créer ce champ est appel ée puis sance réactive .

Comme elle reste constante quelle que soit la charge, il s'ensuit qu'à faible charge , il e xiste une surconsommation de kilowattheures , qu'il convient de réduire au maximum par une bonne adaptat ion au travail à fournir .

Les moteurs électriques sont généralement de construction robuste .

Ils ont une durée de vie très élevée .

Ils ne demandent que peu, sinon pas du tout d 'entretien .

Toutefois , l'apparition de vibration s ou d'un échauffement anormal doit être considérée comme 1-------------~-----------""'1"-----------~ un signal d'alerte.

Des dispositifs de aussi ils autorisent des fonctionnements à vitesse variable .

Le moteur pas à pas, dans son principe , est constitué par un aimant multipolaire qui sert d'axe .

Il est crénelé pour présenter alternativement des pôle s nord et sud.

Les bobines fixes sont disposées autour de l'aimant.

Pour mettre l'axe en rotation, il suffit de faire tourne r les champs dans les bobines .

Les moteurs pas à pas les plus répandus proposent 200 pas par tour.

Leur précision de positionnement est indispensable à nombre de mécanismes.

lES MOTEURS À COURANT ALTERNATIF Les moteurs traditionnellement les plus répandus sont l e s moteurs à courant alternatif.

Ce sont des moteurs dans lesquels on met en œuvre un champ magnétique tournant créé par induction par des courants alternatifs circulant dans des circuits convenablement réparti s.

les moteurs synchrones Leur nom vient du fait que la vitesse de rotation du rotor est la même que celle du champ tournant.

Dans ce type d e moteurs , l'inducteur est tournant alor s que l'induit est fixe.

Les moteurs synchrones comportent deux cylindres concentriques réalisés dans un matériau magnétique ; ils sont s éparés par un entrefer .

Le cylindre extérieur (stator) est pourvu d'encoches occupées par des enroulements.

La circulation des courants triphasé s crée un champ tournant circulaire et de vitesse uniforme dans l'entrefer , par un changement des polarités des pôles de ce stator .

Le rotor, alimenté en courant continu, crée un champ magnétique rotorique qui suit le champ tournant statorique .

Le moteur synchrone a pour inconvénient de ne pouvoir démarrer seul.

Il faut donc court-circuiter les enroulements du rotor pour qu'il se lance en régime asynchrone .

Un moteur auxiliaire peut aussi être utilisé .

les moteurs asynchrones Ici, la vitesse de rotation du rotor diffère légèrement de la vitesse de rotation du champ magnétique tournant.

Le stator d 'un moteur asynchrone est identique à celu i d 'un moteur synchrone mais, à la différence des moteurs synchrones , l ' induit est tournant et l'Inducteur est fixe.

Le stator est bobiné.

Il comporte trois enroulements couplés en étoile .

Les trois bobines sont alimentées par trois courants alternatifs décalés dans le temps .

Ce décalage induit un champ magnétique tournant qui va entraîner le rotor .

Ce dernier peut être en court· circuit sur lui-même .

Il est alors dit à «cage d 'écureuil >>.

Il porte un système de barres conductrices ; très souvent en aluminium , elles sont coul ées dans les encoches d'un empilement de tôles .

Leurs extrémités sont réunies par deux couronnes .

LA RÉGULATION DES MOTEURS ÉLECTRIQUES Pendant longtemps , l'adaptation de la vitesse du moteur au process l'utilisant s 'effectuait par des moyens mécanique s.

Les progr è s de l'électron ique s e sont retrouvés dans des dispositifs qui font varier la vitesse des moteurs sans dégrader l'énergie .

Facilement adaptables, les systèmes de variation électriques permettent une transmission d irecte .

MOTEURS À COURANT CONTINU • Le réglage de la vitesse des moteurs à courant continu peut se faire par la diminution du courant d 'excitation .

Il se traduit par une augmentation de la vitesse.

Le rapport de vitesse extrême réalisable est au maximum de 1 à 3 fois la vitesse nominale avec des moteurs très performants et 1 à 1,3 pour les moteurs ordinaires .

11 est aussi possible d'agir sur la tension d 'alimentation pour diminuer la vitesse ; c'est la solution la plus couramment adoptée .

• À noter que les moteurs à courant continu sont autorégulateurs de vitesse.

En cas de variation de charge , la vitesse est adaptée pour que le fonctionnement du moteur soit stable .

Leur puissance peut dépasser les 10 MW.

Le collecteur limitant les possibilités , le produit de la puissance par la vites se de rotation ne peut normalement aller au-delà de 2 ooo MW .tr/mn.

MOTEURS À COURANT ALTERNATIF Les moteurs asynchrones ou synchrones peuvent être pilotés par différents systèmes : • le gradateur réduit la tension alternative .

Il convient aux moteurs de faible puissance ou pour des fonct ionnements intermittents.

• le cycloconverti sseur agit sur la tension et la fréquence stator ique.

Bien adapté aux moteurs à faible v itesse , il est utilisé pour les très grandes puissances (plusieurs dizaines de mégawatts ).

•l'onduleur autonome ou onduleur autocommuté agit sur la tension et la fréquence statorique .

Il assure l'entraînement à de grandes vitesses des moteurs dont la puissance s'étage jusqu 'à 500 kW.

• l'onduleur à modulation d e largeur d 'impulsions est choisi pour des moteurs de forte ou moyenne puissance car il autorise une très grande plage de variation de vitesse.

• le redresseur-commutateur de courant a l'avantage d'une très grande sûreté de fonctionnement.

rEFFICACITÉ DU MOTEUR ÉLECTRIQUE D'une façon générale , le moteur électriqu e, s urtout si on le comp are à d'autres genres de moteurs , se remarque par la qualité de son rendement.

L'efficac ité d 'un moteur électrique est mesurée par le rapport existant entre la puissance mécanique fournie en sortie et la puissance électrique introduite à l 'entrée.

La différence entre les deux constitue ce qui est habituellement désign é par le nom de pertes .

De nombreux paramètres entrent en jeu pour faire varier les performances d'un moteur électrique.

Il y a d'abord les éléments internes liés à sa conception .

Les conducteurs , roulements , refroidissement impliquen~ selon leurs performance s, des perte s dans le fer, des pertes par échauffement ou des pertes mécaniques .

Il faut donc préférer des modèles profitant d'un acier choisi , d ' un noyau composé de tôles minces , de conducteurs plus gros dans le stator , de paliers plus petits , mais de bonne qualité , d'une bonne circulation d'air ...

Les autres pertes proviennent de la bonne ou non-adéquation du moteur avec son travail : le dimens ionnement et la charge doivent répondre aux caractéristiques du moteur .

Les moteurs à vitesse variable offren~ quant à eux, protection doivent être installés pour protéger les moteurs des surintensités et des surcharges .

Dans certains cas d'utilisation , des protections additionnelle s permettent de se prémunir contre les chutes de tension ou les défaillances de phase sur le circu it d'alimentation .

LE MOTEUR ÉLECTRIQUE CONTRE LA POLLUTION Si l 'importance du moteur électrique dans notre société n 'est plus à démontrer , ce dispositif demeure au centre de nos préoccupations d'avenir.

Il apparaît actuellement comme la panacée pour nous délivrer d'un des fléaux que nous nous sommes inventés.

Le moteur électrique est en effet un moteur propre .

Il ne rejette aucun polluant et son rendement le libère même d'une trop grande production de chaleur .

C'est pourquoi le transport par le réseau ferré avec des motrices propulsées par des moteurs électriques sembl e bien plus souh aitable que le convoyage par des camions qui, outre qu'ils semblent mal à leur place sur nos routes , polluent énormément La première ligne ferroviaire électrique fut ouverte en 1895.

Elle permettait de relier la gare d 'Austerlitz à la gare d'Orsay .

Les moteurs électriques propulsent toujours aujourd 'hui des trains , parmi lesquels le TGV.

Ils développent pour cela une puissance de 1150 kW (au démarrage) .

Mais c'est surtout pour l'automobile que le moteur électrique est le plus attendu .

En fait, attendu n 'est pas exactement le mot puisque la première voiture électrique vit le jour en 1899.

« LD jDmDis contente> >, puisque c 'est là le nom qui lui fut donné , se permit même de battre le record du monde vitesse en atteignant près de 106 km/h .

Mais le problème de l'automobile reste lié à l'alimentation électrique.

Si le tramway , qui connaît actuellement un regain d'intérêt , résout le problème d'alimentation , d 'une façon qui devient élégante depuis qu'il s'alimente au sol, il n'en reste pas moins que ce système ne peut être appliqué à tous les véhicules .

La voiture est condamnée pour encore longtemps à transporter avec elle son réservoir d'énergie .

La lourdeur des piles classiques et le temps nécessaire à leur rechDrge la pénalisent d 'une façon importante .

Les expériences menées jusqu 'à maintenant n 'ont eu que des succès d'estime .

La pile à combustible suscite de nombreux espoirs .

Pour l'instan~ elle demeure encore beaucoup trop coûteuse pour être envisagée comme une solution à moyen terme.

Les attentes à court terme semblent donc résider dans la solution mixte : un moteur à explosion propulsant le véhicule tout en alimentant les batteries sur route pour que le moteur électrique puisse prendre le relais en ville .

Ce type de véhicule hybride commence actuellement sa commercialisation pour le grand public.

LE MOTEUR ÉLECTRIQUE UNÉAIRE Dans la grande famille des moteurs électriques, il faut faire une place à part au moteur linéaire .

Contrairement aux autres types de moteurs , il ne comporte pas de pièces en rotation .

Dans ce dispositif , il existe deux armatures magnétiques .

Mais elles sont planes .

Elles sont séparées par un entrefer dans lequel l'induit peut se déplacer .

Les forces créées ont donc pour résultat de le déplacer .

Les moteurs linéaires sont utilisés pour remplacer des vérins hydrauliques .

l'armée américaine les utilise pour propulser ses avions au décollage depuis ses porte-avions .

Ils sont également employés sur les machines­ outils .

Mais leurs perspectives les plus porteuses concernent les trains (llwills j/érittdJtM _,.,.,.,_) .

Le rail sert de « rotor >> stationnaire .

C'est le stator qui, malgré son nom , est mobile avec le train .

Les véhicules propulsés par ce moyen atteignent la vitesse de 200 km/ h .. »