moteurs electriques

Moteurs électriques et autres saletés...:-)
Le but premier de cet article était de répondre aux bricoleurs en mal
de solutions pour alimenter des moteurs tri en 230 volts monophasé, mais
il fallait aussi parler des moteurs monophasés.
Cette page a donc pour objectif de présenter les divers types de
moteurs monophasés et d'essayer de tordre le cou a cette lancinante
question : vouloir faire tourner des moteurs tri en mono ! Oui ça marche.
Avertissement : Il s'agit juste de donner les grands principes, pas des
recettes.
Auteurs :
Robert GIRARD et Olivier ROUGON
1 - Historique
2 - Les machines électriques : champs tournants, bobinages
2.1.1 Les moteurs monophasés
2.1.1.1 Moteurs à induction - Généralités
2.1.1.2 Moteurs à induction à condensateurs
2.1.1.3 Moteurs à induction sans condensateur
2.1.1.4 Divers
2.1.2 Les différents artifices de démarrage
3- Fonctionnement des moteurs triphasés en monophasé
3.1.1 Avec des condensateurs
3.1.2 Avec un moteur pilote
3.2 Avec un convertisseur de fréquence
4 - Bibliographie technique
5 - Glossaire
6 - Variation de vitesse
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1 HISTORIQUE
Alessandro Volta (1745-1827) invente la "pile"....
Le Danois Hans Christian Oersted (1777-1851) remarque qu'un courant électrique
provoque la déviation d'une aiguille aimantée: c'est la naissance de
l'électromagnétisme. Dix ans plus tard André Marie Ampère (1775-1836), le
"paresseux" édite son ouvrage "La théorie des phénomènes électrodynamiques
déduite de l'expérience>".
Peter Barlow (1776-1862) réinvente la roue :)
Joseph Henry (1797-1878) montre en 1831 qu'un électroaimant change sa
polarité par un simple renversement du courant. Et le 17 Octobre 1831 Faraday
montre qu'un aimant permanent peut générer du courant, l'expérience inverse de
Oersted.
Selon les suggestions d'A.M. Ampère, Nicolas-Constant Pixii (1776-1861) construit
une première machine avec un aimant en fer à cheval qui remplace la pile de Volta.
Mais le courant obtenu change continuellement de sens ! c'est du courant alternatif.
Pixii toujours sous les conseils d'Ampère met au point un commutateur pour
"redresser" le courant, Joseph Saxton et Joseph Clark (1822-1892) améliorent le
dispositif.
Sir Charles Wheatstone (1802-1875) construit un dispositif où 5 induits décalés
de 36° tournent entre les pôles de 6 aimants, les frotteurs en série débitent un
courant à peu près continu.
La réversibilité n'était pas encore dans l'air du temps, les théories se contredisent :
Henry, Ritchie, Wiliam Sturgeon, T. Edmonson, Francis Watkins s'affrontent.
Jacobi et Friedrich Emil Lenz (1804-1865) montrent la proportionnalité entre
l'aimantation et l'intensité du courant. C'est ainsi que fut construit le premier moteur
électrique qui propulsa 12 personnes sur la Neva pendant trois heures. l'électricité
pouvait être utilisée comme force motrice ! mais elle nécessitait 128 éléments d'un
pile de Groove qui empoisonnait les voyageurs par ces exhalaisons . ( et le diesel se
développa, comme quoi !)
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2 - MACHINES ÉLECTRIQUES
Lorsque qu'un bobinage est soumis a un courant alternatif, il crée un champ
magnétique alternatif, Leblanc à démontré que ce champ variable peut se
décomposer en deux champs fixes , tournant en sens inverse à la fréquence w ,
fréquence des courants d'alimentation de la bobine. Les parties tournantes (rotor)
ayant un grande inertie, elle ne peuvent suivre aucun des champs : le moteur
monophasé n'a aucun couple de démarrage (CD). Lorsqu'il est "lancé" dans un sens le
moteur <monophasé> "accroche" un des champs, mais l'autre champs tourne a une
vitesse double vis à vis du rotor occasionnant des couples résistants et des pertes fer
très importantes . Tout l'art de conception des moteurs monophasés réside dans le
fait de supprimer ou d'amoindrir l'un de ces champs. Ce qui est naturellement fait
dans les moteurs triphasés.
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2.1.1 MOTEURS MONOPHASÉS
C'est volontairement que nous laisserons de coté pour le moment : moteur à bagues
de déphasage (ou à pôles fendus, ou à spires de Frager), moteur à répulsion et
moteur universel.
2.1.1.1 Moteurs monophasés à induction : Généralités
Rappel :
Nsyn (tr/min) = ( 60.f ) / p
N (tr/min) = [ ( 60.f ) / p ] (1-g)
Ces moteurs monophasés sont composés d'un stator portant un bobinage à p paires
de pôles et d'un rotor à cage d'écureuil en court circuit.
A l'arrêt le rotor est sollicité par deux champs tournant en sens inverse. Ce moteur ne
démarre donc pas spontanément.
En lançant le rotor (à la main par exemple) il peut alors démarrer indifféremment
dans un sens ou dans l'autre. On ajoute une second bobinage décalé de 90° dans les
encoches restantes : la phase de démarrage ou phase auxiliaire alimentée à travers
un artifice de déphasage, condensateur, résistance, ou inductance.
Apparaissent alors deux couples moteur dus aux deux champs tournants : le couple
du champ qui tourne dans le même sens que le rotor est le plus grand et tend à
augmenter avec la vitesse. Le second couple, antagoniste, est presque nul.
Le champ inverse induit un courant à 100 Hz dans le rotor qui produit une vibration,
et des pertes au rotor, et un bruit qui peuvent être gênants dans certains cas. Le
moteur monophasé a moins de glissement que le moteur triphasé mais il a un plus
mauvais facteur de puissance. Sous trop forte charge il peut décrocher : à l'arrêt
l'intensité devient alors très forte et le moteur peut griller si il n'est pas protégé par
un disjoncteur.
Note à l'attention des bricoleurs
On n'insistera jamais assez sur le fait que lorsqu'on récupère un moteur mono à la
casse (MAL par ex) il ne faut pas oublier les condensateurs et le relais de démarrage
si il y a, qui la plupart du temps sont cachés quelque part dans le châssis.
Avoir le schéma serait un luxe apprécié dans certaines usines à gaz de moteur de
MAL... Bon de toutes façons, je vous parle comme un fossile parce que les lave linge
de nos jours sont quasi tous équipés de moteurs à collecteur.
Comme il a été dit plus haut, cet article est rédigé dans le but d'éclairer si possible en
donnant les généralités, pas possible de donner des recettes tant il y a de modèles et
de marques de moteurs, chaque constructeur ayant ses petites manies, et quand on
touche aux moteurs du gros électroménager il serait carrément impossible d'être
exhaustif. Quoique de nos jour, à l'instar de l'automobile et de l'informatique, le gros
électroménager ressemble plus à du meccano et toutes les marques utilisent grosso
modo les mêmes composants et piochent dans les mêmes catalogues ! Adieu la
diversité !
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2.1.1.2 Moteurs à induction à condensateurs
Moteur biphasé à condensateur permanent
Son bobinage comporte 2 phases égales occupant chacune la moitié des encoches,
l'inversion du sens s'obtient par simple permutation de l'alimentation aux bornes des
fils allant au condensateur permanent, avec de l'autre coté un commun. Les
puissances sont égales dans les deux sens de rotation. Utilisé pour les très petites
puissances.
Généralement utilisé pour des asservissements de vannes, on "dope" alors sa
puissance... mais pour un service intermittent.
Moteur à condensateur permanent et à bobinage dit « 1/3 - 2/3 »
Son bobinage comprend une phase principale qui occupe 2/3 des encoches, et
la phase auxiliaire occupant le tiers restant. Le nombre de spires de la phase
auxiliaire est en général le double de celui de la phase principale, sa section
étant la moitié de celle de la phase de marche. La phase de marche est repérée
U1-U2, la phase auxiliaire Z1-Z2. L'inversion de sens se faisant par croisement
des connexions d'une phase par rapport à l'autre - en croisant Z1-Z2 ou U1-U2
(*) . La phase auxiliaire étant en circuit en permanence, en série avec un
condensateur dit « condensateur permanent ».
Le condensateur est un modèle à film de polypropylène métallisé -auto
cicatrisant, ou parfois au papier imprégné d'huile . Valeur de la capacité : des
dizaines de µF. Ces moteurs ont faible couple de démarrage : CD/CN compris
entre 0,3 - 0,8 *. C'est le classique des moteurs bas de gamme de grande
surface... (* ce qu'on ne vous dit pas). On doit donc réserver son utilisation à
des usages où l'on peut tolérer un faible couple de démarrage : pompes
centrifuges, machines démarrant à vide, etc.
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