LES MOTEURS ELECTRIQUES (Travaux Pratiques Encadrés - Espaces pédagogiques interactifs)

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

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

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

Dans le cas d 'un moteur à champ magnétique tournant , la puissance qui est utilisée pour créer ce champ est appelée puissance réactive.

Comme elle reste constante quelle que soit la charge , il s'ensuit qu'à faible charge, il existe une surconsommation de kilowattheures, qu'il convient de réduire au maximum par une bonne adaptation 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 vibrations ou d'un échauffement anormal doit être considérée comme f-------------r-------------r----------- ---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 pôles nord et sud.

Les bobines fixes sont disposées autour de l'aimant.

Pour mettre l'axe en rotation, il suffit de faire tourner 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 mécan ismes.

LES M OTEURS À COUR ANT ALTE RNATI F Les moteurs traditionnellement les plus répandus sont les 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 répartis .

Les m oteu rs synch rone s Leur nom vient du fait que la vitesse de rotation du rotor est la même que celle du champ tournant.

Dan s ce type de moteurs , l'inducteur est tournant alors que l'induit est fixe.

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

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

La circulation des courants triphasés 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 celui 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 coulées 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 mécaniques.

Les progrès de l'électronique se sont retrouvés dans des dispositifs qui font varier la vitesse des moteur s sans dégrader l'énerg ie.

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

MOTEURS À COURAN T 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.

Il est aussi possible d 'agir sur la tension d'alimentat ion 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 vitesse de rotation ne peut normalement aller au-delà de 2000 MW .tr/mn.

MOTEURS À COURANT ALTERNATI F 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 fonctionnements intermittents.

• le cycloconvertisseur agit sur la tens ion et la fréquence statorique.

Bien adapté aux moteurs à faible vitesse , 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 de 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.

L'EFFICACITÉ DU MOTEUR ÉLECTRIQUE D 'une façon générale, le moteur électrique , surtout si on le compare à d'autres genres de moteurs , se remarque par la qualité de son rendement.

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

La différence entre les deux constitue ce qui est habituellement désigné 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 impliquent, selon leurs performances , des pertes dans le fer, des pertes par échauffement ou des perte s mécanique s.

Il faut donc préférer des modèles profitant d'un acier choisi, d'un noyau compo sé 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 dimensionnement 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 additionnelles permettent de se prémunir contre les chutes de tension ou les défaillances de phase sur le circuit 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 préoccupation s 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 sem ble bien plus souhaitable 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'automobi le que le moteur électrique est le p lus attendu.

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

«La jamais 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 conna ît actuellement un regain d'intérê~ 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 longtemp s à transporter avec elle son réservoir d'énergie.

La lourdeur des piles classiques et le temps nécessaire à leur rech arge 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'instant , 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 batterie s sur route pour que le moteur électrique puiss e prendre le relais en ville.

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

LE MOTEUR ÉLECTRIQUE LINÉAIRE Dans la grande famille des moteurs électriques, il faut faire une place à part au moteu r linéa ire.

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

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 résu ltat de le déplacer .

Les moteurs linéaires sont utilisés pour remplacer des vérins hydrauliques .

L'armée américaine les utilise pour propulser ses avions au déco llage depuis ses porte-avions .

Ils sont également employés sur les machines­ outils.

Mais leurs perspectives les plus porte uses concernen t l es trains (trains ;, lévitation magnéUque ).

Le rail sert de« roto r » stationnai re.

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 .. »