BOISSON--HALLET Maxence HOHNER Quentin LARUE Quentin

Les moteurs électriques
BOISSON--HALLET Maxence
HOHNER Quentin
LARUE Quentin
PÉCHEUX Guillaume
THOMÉ Mathieu
I. Un brin d’histoire :
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1821 : la découverte du phénomène de l’électromagnétisme par Ørsted.
1822 : Peter Barlow construit ce qui peut être considéré comme le premier moteur électrique de l'histoire :
la « roue de Barlow » qui est un simple disque métallique découpé en étoile et dont les extrémités plongent
dans un godet contenant de l’eau ionisée qui assure le passage du courant.
1832 : Le premier moteur utilisable expérimentalement a été inventé en 1832 par William Sturgeon.
1869 : l'inventeur belge Zénobe Gramme rend possible la réalisation des génératrices à courant continu en
imaginant le collecteur. Il améliore les premières versions archaïques d'alternateurs, qui seront par la suite
appelées Dynamo.
1889 : Michail Ossipowitsch Doliwo-Dobrowolski, électricien allemand d'origine russe, invente le premier
moteur asynchrone à courant triphasé à cage d'écureuil qui sera construit industriellement à partir de 1891.
II. Les différents types de moteur :
1. Moteur à courant continu :
a. Moteur à courant continu :
Enroulements rotoriques
Stator
Une machine électrique à courant continu est constituée :
- D'un stator qui est à l'origine de la circulation d'un flux magnétique
longitudinal fixe créé soit par des enroulements statoriques (bobinage) soit
par des aimants permanents. Il est aussi appelé « inducteur» en référence au
fonctionnement en génératrice de cette machine.
- D'un rotor bobiné relié à un collecteur rotatif inversant la polarité
dans chaque enroulement rotorique au moins une fois par tour de façon à
faire circuler un flux magnétique transversal en quadrature avec le flux
statorique. Les enroulements rotoriques sont aussi appelés enroulements
d'induits, ou communément « induit » en référence au fonctionnement en
génératrice de cette machine.
Rotor
b. Moteur sans balais :
Un moteur sans balais, ou « moteur brushless », est une machine électrique de la catégorie des machines
synchrones, dont le rotor est constitué d'un ou de plusieurs aimants permanents et pourvu d'origine d'un capteur de
position rotorique (capteur à effet Hall, synchro-résolver, codeur incrémental par exemple).
Vu de l'extérieur, il fonctionne en courant continu. Son appellation (de l'anglais Brushless) vient du fait que ce type
de moteur ne contient aucun collecteur tournant et donc pas de balais. Par contre un système électronique de
commande doit assurer la commutation du courant dans les enroulements statoriques
Ce type de moteur électrique élimine tous les inconvénients du moteur à courant continu classique : problèmes de
commutation au niveau du collecteur, défrettage, inertie, refroidissement (les pertes joules étant situées au stator
elles sont plus faciles à évacuer), puissance massique nettement plus grande, géométrie, durée de vie ; en particulier
l'indice de protection IP ( C’est un indice de protection contre les corps solides et poussières et contre les liquides )
peut être augmentée par rapport aux machines à courant continu du fait de l'absence de balais.
2. Moteur à courant alternatif :
a. Moteur synchrone :
Une machine synchrone est une machine électrique :
- soit produisant un courant électrique dont la fréquence est
Stator
Bobines
déterminée par la vitesse de rotation de la machine :
fonctionnement générateur.
- soit absorbant un courant électrique dont la fréquence
détermine la vitesse de rotation de la machine : fonctionnement
moteur.
Au-delà de quelques kilowatts, les machines synchrones sont
généralement des machines triphasées. Les alternateurs sont des
Rotor
machines synchrones fonctionnant en génératrice. Le rotor,
souvent appelé roue polaire, est alimenté par une source
continue.
Principes généraux
Les courants du rotor créent un champ magnétique tournant dans le stator. Sa fréquence de rotation (sa vitesse) est
proportionnelle à la fréquence de l'alimentation électrique. La vitesse de ce champ tournant est appelée vitesse de
synchronisme.
L'enroulement au rotor est alimenté par un courant continu ce qui le rend semblable à un aimant. Il peut d'ailleurs
être constitué d'aimants permanents, le rotor n'a alors plus besoin d'alimentation. Le champ magnétique du rotor
créé cherche en permanence à s'aligner sur celui du stator. C'est le principe de la boussole (qui voit elle par contre
un champ magnétique fixe). Cette machine est dite synchrone : le champ du rotor ne peut que tourner à la même
vitesse que le champ du stator.
b. Moteur asynchrone :
Le principe des moteurs asynchrone réside dans l’utilisation d’un champ
magnétique tournant produit par des tensions alternatives. La circulation
d'un courant dans une bobine crée un champ magnétique B. Ce champ est
dans l'axe de la bobine, sa direction et son intensité sont fonction du courant I. C'est
une grandeur vectorielle. Si le courant est alternatif, le champ magnétique varie en
sens et en direction à la même fréquence que le courant. Si deux bobines sont placées
à proximité l'une de l'autre, le champ magnétique résultant est la somme vectorielle
des deux autres.
Les 3 enroulements statoriques créent
donc un champ magnétique tournant, sa
fréquence de rotation est nommée
fréquence de synchronisme. Si on place
une boussole au centre, elle va tourner à cette vitesse
de synchronisme. Le rotor est constitué de barres
d'aluminium noyées dans un circuit magnétique. Ces barres sont reliées à leur extrémité par deux
anneaux conducteurs et constituent une "cage d'écureuil". Cette cage est en fait un bobinage à
grosse section et très faible résistance.
c. Moteur pas à pas :
Définition, classification :
Un moteur pas à pas transforme une impulsion électrique en une énergie
mécanique permettant le déplacement angulaire du rotor, appelé " pas ". On
distingue 3 familles: aimants permanents, réluctance variable, hybrides.
Moteur à aimants permanents :
L'aimant permanent se positionne dans l'axe du flux crée par les
enroulements. Ce type de moteur possède hors tension, un couple résiduel
appelé " couple de détente ". Le couple moteur est relativement important.
Moteur à réluctance variable :
Le noyau de fer doux se positionne dans l'axe du flux crée par les
enroulements alimentés, afin de réduire l'entrefer (loi du flux maximal). La réluctance du circuit magnétique varie
pendant le mouvement du noyau. La polarité du courant est sans importance. Le nombre de pas par tour est
relativement élevé.
Moteur hybride :
Ce sont des moteurs à réluctance variable dont le rotor est aimanté.
3. Moteur linéaire :
Vue de l’extérieur le moteur électrique
linéaire a une simple apparence de
vérin pneumatique ou hydraulique. Son
fonctionnement est simple en effet, le
déplacement linéaire est en fait obtenu
en utilisant les propriétés de
l’électromagnétisme. La tige (slider)
comporte des aimants en Neodym
montés dans un tube de précision en
acier inoxydable. Le stator situé dans le
cylindre
externe
comprend
les
bobinages du moteur, le guidage du
slider et un microprocesseur intégré qui
assure les fonctions de mesure de
position, la communication et la
surveillance de la température du
moteur. La translation de la tige (slider)
est due à la force opposant les pôles de
même nom résultant du champ
magnétique alternatif créé par le stator
et du champ magnétique des aimants.