tout savoir sur les moteurs électriques

moteurs triphasés synchrones

Construction : moteur à rotor à aimant permanent ( petite puissance) ou à rotor bobiné, sur l'axe du rotor bobiné, présence de 2 collecteurs.

Voir tourner le moteur synchrone :

version

Caractéristique mécanique:

vitesse de rotation égale ou sous multiple entier de la vitesse du champ tournant;
plus le nombre de paire de pôles est important, plus la vitesse diminue;
plus le nombre de paire de pôles est important, plus le pas polaire est petit;
minimum 5 bornes pour un rotor bobiné

exemple pour un moteur alimenté à 50 Hz

nombre de paire de pôles	1	2	3	5	10
pas polaire en degré	180	90	60	33	18
vitesse du champ tournant en s^-1	50	25	16.6	10	5
vitesse du rotor en tours/minute 50	3000	1500	1000	600	300

Caractéristique électrique:
Alimentation du stator en triphasé alternatif;
alimentation du rotor en courant continu; (peut être pris d'une dynamo en bout d'arbre);
machine réversible en alternateur synchrone.
récepteur capacitif lorsqu'on surexcite le rotor.

Fonctionnement:

Lorsqu'elles sont alimentées, les bobines réparties sur la périphérie du moteur (le stator) engendrent des flux magnétiques variables en intensité et en sens. La résultante des flux s'appelle le champ tournant (voir ou sur le champ tournant). Cette résultant tourne à une vitesse dépendant de la fréquence du réseau et du nombre de paires de pôles (paires de bobines statoriques) selon la relation :

n = f / p [s^-1] = [s^-1] /[-]

Lorsqu'on alimente l(es) ' enroulement (s) du rotor en courant continu (par le deux collecteurs), la polarité magnétique ne change pas par rapport à l'arbre du moteur. Ces pôles magnétiques vont "crocher" sur les pôles du champ tournant - donc avoir exactement la même vitesse de rotation - et entraîner avec lui le rotor. En cas de surcharge mécanique, le rotor ne pourra plus tourner à sa vitesse nominal et "décrochera" (il s'arrêtera).

Le moteur synchrone ne tournant qu'à la vitesse du champ tournant, n'a pas une accélération suffisamment élevée et doit par conséquence être amené à une vitesse proche de sa vitesse nominal par un moyen auxiliaire (moteur auxiliaire, fonctionnement en asynchrone au démarrage, rémanence du rotor + dynamo en bout d'arbre, entraînement mécanique).

exemples d'utilisation: (avec des commandes à onduleurs à thyristor- pour des puissances > 1000 kW)
T.G.V. Atlantique , propulsion de gros navire, malaxeur (industrie chimique), circulateur (centrale nucléaire)

Le moteur synchrone sert é transformer de l'énergie électrique en énergie mécanique.
L'alternateur synchrone sert à transformer de l'énergie mécanique en énergie électrique.

Moteurs triphasé à plusieurs vitesses

Les moteurs à plusieurs vitesses peuvent être réparti en deux groupes:

moteur à plusieurs enroulements - ces moteurs ont plusieurs stators pour un seul rotor (le nombre de paire de pôles est différent pour chaque stator).
moteur à demi-bobines (PAM ou Dalhander)

Ce dernier est caractérisé par un rapport de deux de ses vitesses - selon le couplage que l'on fait (triangle série pour la petite vitesse ou étoile parallèle pour la grande) on double le nombre de paire de pôles du stator, variant ainsi la vitesse de son champ tournant.On peut avoir 4/2 pôles , 8/4 pôles ou 16/8 pôles. Dans le cas d'un 8/4 pôles, il y a 6 bobines. Pour la petite vitesse elles sont couplées par 2 en série, ce qui donne 3 groupes de 2 bobines en série, qui sont ensuite couplés en triangle, ce qui donne 8p.
Pour la grande vitesse les bobines sont couplées par 2 en parallèle, les 3 groupes de deux en parallèle, sont coplé ensuite en étoile pour obtenir le 4 pôles. Ces moteurs n'ont en générale qu'une seule tension , soit 230 Volts ou le plus souvent 400Volts 50 Hz.
En standart on obtient la PV en branchant le réseau sur les bornes 1U, 1V, 1W, les 3 autres bornes 2U, 2V, 2W, restant libre, ce qui donne le triangle série. Pour la GV on court-cicuite les bornes 1U, 1V et 1W et on raccorde le réseau aux bornes 2U,2V,2W, ce qui donne l'étoile parallèle.
En version habituelle, un 8/4 pôles délivre pour un couple relatif de 100% en PV, un couple de 75 % en GV, et pour une puissance relative de 100 % en PV, une puissanc de 150% en GV.
note : On peut également faire varier la vitesse de rotation d'un moteur triphasé en utilisant un convertisseur de fréquences.

Frein des moteurs triphasé

Frein à contre-courant:

Le frein à contre-courant est simplement l'alimentation du stator en croisant 2 fils d'alimentation. Ceci change le sens du champ tournant (voir ou sur le champ tournant), induisant des courants de sens contraire dans le stator et donc une force induite de sens opposé au sens de rotation actuel. Le moteur est donc freiné.
Attention, si on laisse l'alimentation du frein après l'arrêt du moteur, ce dernier va redémarrer en sens inverse.

invers.gif (5972 octets)

Frein à courant continu

Dans ce cas de freinage, il faut une source de tension continue. Après déconnexion de l'alimentation, le stator est alimenté avec le courant continu ( un pôle sur un enroulement U1et l'autre sur les deux autres V1 et W1) Il produit un champ magnétique fixe dans le moteur. Les conducteurs du rotor coupe les lignes de force magnétique. Une force induite prend naissance sur le rotor; son sens et tel qu'elle s'oppose à tout déplacement du rotor. Ce dernier est donc ralenti, puis bloqué dans sa position d'arrêt.

StopDC.gif (7141 octets)

limitation du courant de démarrage

les 3 manières de diminuer le courant de démarrage :

un démarrage étoile-triangle (si le moteur se raccorde normalement en triangle sur votre réseau);

le constructeur peut construire un moteur à cage avec une forme d'encoche particulière ou en différent matériaux

dans le cas de la double cage, la barre extérieure est en laiton (en gris) et celle de l'intérieure en cuivre. Au démarrage "seule" la barre extérieure ou la partie haute de la barre profonde. Ces parties présentent une grande réactance d'induction au démarrage et limitent ainsi le courant au stator. Une fois le moteur lancé, les deux barres respectivement la barre complète conduisent . Le courant du rotor augmente.

cette image m'a généreusement été offerte par Sitelec

il peut également bobiner le rotor ce qui permettra d'y raccorder (par l'intermédiaire des bagues) des résistances de démarrage - en limitant le courant du rotor, on diminue aussi le courant du stator. voir ci-dessous:

Moteur triphasé à bagues:

Le moteur triphasé à bague est utilisé généralement lorsque l'on a besoin de limiter le courant de démarrage.

son symbole : motribague.gif (1219 octets)

Le stator est un stator tout à fait identique au staor des machines tournantes triphasées (synchrone ou asynchrone).

Le rotor présente (voir photos co-contre la particularité d'être bobiné. ( il est impossible d'avoir un moteur à bague à cqage d'écureuil) Les bobines du rotor sont racoodées aux 3 bagues représentées sur les photos.

la liaison entre les bagues du rotor et le stator se fait par des charbon.

Le raccordement du moteur à bagues se fait normalement pour le stator ( 6 bornes + 1 borne pour le conducteur PE) . Désignation U1, V1, W1 et U2, V2, W2.

sur un réseau 230/400V

couplage étoile si moteur noté 230 / 400 V
couplage triangle si moteur noté 400 / 690 V

Pour le rotor on utilise les 3 bornes de gauche (L, M, N ) qui sont utiles pour brancher des résistances de démarrage. Ces dernières se placent en série sur le rotor diminuant ainsi le courant rotorique au démarrage et donc aussi le courant statorique. Lorsque le vitesse de rotation augmente on diminue graduellement la valeur des résistances branchées en série sur le rotor jusqu'à faire un court-circuit du rotor qui fonctionne alors comme un cage d'écureuil. Il existe des système avec contacts centrifuges pour le réglage des valeurs de résistance au démarrage. (Ces moteurs se reconnaissent aux petits cliquetis qu'ils font lorsqu'on fait tourner manuellement le rotor).

Actuellement ce moteur est en voie de disparition du à son coût plus élevé à l'achat et à l'entretien qu'un moteur à cage. On lui préfère des moteur traditionnel pourvu d'une électronique de commande (démarreur électronique).

moteurs triphasés alimentés en monophasé

1ère méthode un condensateur :

Les moteurs de petites puissances (moins de 1kW) peuvent être alimentés en monophasé si l'on raccorde un condensateur entre l'un des conducteurs et la borne libre du bornier d'alimentation.
L'inversion du sens de rotation s'obtient en raccordant le condensateur soit sur un pôle d'alimentation soit sur l'autre( soit en W1 et V1, soit entre W1 et U1)

Le couplage - étoile ou triangle - est à choisir en fonction de la plaquette du fabriquant.

note : la puissance en monophasée n'est que de 60% de celle en triphasé.

Le choix du condensateur est quelque chose qui présente une grande difficulté. Un professionnel devra faire plusieurs essais pour déterminer la capacité du condensateur selon le fonctionnement du moteur. Le quidam pourra prendre comme référence une valeur (approximative) de 8,2 microfarad par 100W de puissance avec une tension d'alimentation de 230 V. Cette valeur doit être divisée par 3 si la tension est de 400 V. Si le couple n'est pas suffisent, on procède à des essais avec des capacités plus importantes.

Attention, il ne faut pas confondre ce moteur avec un moteur monophasé à deux enroulements qui fonctionne aussi avec un condensateur.

2ème méthode "machine équilibrage des phases" ou "moteur pilote :

moteurpilote.gif (4947 octets) Cette méthode convient pour 1 ou plusieurs moteurs utiles (car il en faut un supplémentaire qui joue le rôle de pilote).

D'ABORD: démarrer le moteur pilote qui démarre comme un moteur diphasé grâce au condensateur (que l'on peut aussi remplacer par une inductance) créant ainsi un courant décalé de 90 degrés .

PUIS : une fois le rotor du pilote en rotation (à vide), il faut couper le condensateur ce qui nous donne le potentiel d'une troisième phase (artificielle) qui peut servir à l'alimentation d'un ou plusieurs autres moteurs triphasés.

PAR LA SUITE : il faut en permanence au moins un moteur (pas obligatoirement le pilote) en marche pour maintenir le système en fonction.

La puissance du moteur pilote doit au moins être égale à celle du plus puissant des moteurs dont il doit assurer le démarrage.

Le plaquette des moteurs tri

La plaquette du moteur doit comporter les indications suivantes:

Puissance mécanique
tensions et couplage : par exemple 230/ 400 D/Y ou 400/690 D/Y
courant de ligne pour chacun des couplages
cos phi pour chacun des couplages
vitesse de rotation.en tours par minute

Les autres grandeurs S, Q, rendement, courant et tension de phase se calcul à partir de ces éléments.

moteur ionique

Le moteur ionique fonctionne en faisant transiter un plasma (gaz ionisé très chaud - 10 millions de degrés ) à travers un tube fini en tuyère. L'ionisation du gaz - de l'hydrogène - permet de séparer les électrons des ions. Ceux-ci sont ensuite propulsés à des vitesses entre 50 et 300 km/s. Des champs magnétiques sont utilisés pour canaliser le plasma dans le moteur et à la sortie pour contrôler la vitesse d'éjection.
Pour chauffer le plasma il faut environs 10 MW par moteur. Cette puissance peut être fournie par un réacteur nucléaire à l'uranium.

L'utilisation d'un tel moteur est a réserver pour des vols interplanétaires

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