Les différents types des Moteurs Électriques

Les différents types des Moteurs Électriques

I)-Moteur à courant alternatif

     1)-Moteur Synchrones

     2)-Moteur Asynchrones

•         a)-Rotor bobiné
•         b)-Rotor à cage
•         c)-Rotor massif  

II)-Moteur à courant continu

     1)-Moteur à aimants

     2)-Moteur à excitation

•         a)-Séparée        
•         b)-Parallèle        
•         c)-Série        
•         d)-Composée  

   

I)-Moteur à courant alternatif

    Les moteurs à courant alternatif font preuve d'une grande souplesse en termes de fonctionnalités, comme notamment le contrôle de vitesse et sont largement employés dans l'industrie, comparé aux moteurs DC, voici certains des principaux avantages :

-Faible consommation au démarrage-Accélération contrôlée-Vitesse de fonctionnement ajustable-Courant de démarrage contrôlé-Limite de couple ajustable-Perturbations réduites de la ligne de puissance

   Concernant le variateur de vitesse, la tendance actuelle consiste à ajouter davantage de fonctionnalités, dont un contrôleur à logique programmable (PLC), avantageux pour les utilisateurs chevronnés, mais nécessitant une expertise technique supérieure lors de la maintenance..
   Les types de moteur à courant alternatif comprennent :

1)-Moteur Synchrones

   Dans ce type de moteur, la rotation du rotor est synchronisée avec la fréquence du courant d'alimentation et la vitesse reste constante sous charges variables, ce qui le rend idéal pour du matériel de pilotage à vitesse constante, et il est utilisé dans les appareils de positionnement de grande précision comme les robots, l'instrumentation, les machines et le contrôle de processus

2)-Moteur Asynchrones
    Le moteur électrique asynchrone est le plus répandu des moteurs alternatifs. Le moteur asynchrone, connu également sous le terme " anglo-saxon " de moteur à induction , est un moteur à courant alternatif sans connexion entre le stator et le rotor.      Le terme asynchrone provient du fait que la vitesse de ces moteurs n'est pas forcément proportionnelle à la fréquence des courants qui la traversent. Le moteur asynchrone est uniquement alimenté par un courant alternatif triphasé. Il a la particularité d'être robuste et simple. Le moteur asynchrone est aujourd'hui le moteur électrique le plus utilisé, car sa gamme de puissance peut aller de quelques centaines de watts à plusieurs milliers de kilowatts. Ce genre de moteur électrique est utilisé sur des machines-outils tels que des nettoyeurs à haute pression.  

    Ce type de moteur utilise l'induction électromagnétique du champ magnétique du bobinage du stator pour produire un courant électrique dans le rotor et donc du couple. C'est le type de moteur à courant alternatif le plus courant et important dans l'industrie du fait de sa capacité de charge, les moteurs à induction monophasés étant principalement utilisés pour de plus petites charges, comme dans les appareils électroménagers, tandis que les moteurs à induction triphasés sont davantage utilisés dans les applications industrielles telles que les compresseurs, pompes, systèmes de convoyeurs et le matériel de levage.

         a)-Rotor bobiné (rotor à bagues)

     Dans des encoches pratiquées à la périphérie du rotor sont logés des enroulements identiques à ceux du stator (cf. fig. 8 ). Généralement le rotor est triphasé. Une extrémité de chacun des enroulements est reliée à un point commun (couplage étoile).        Les extrémités libres peuvent être raccordées sur un coupleur centrifuge ou sur trois bagues en cuivre, isolées et solidaires du rotor. Sur ces bagues viennent frotter des balais à base de graphite raccordés au dispositif de démarrage. En fonction de la valeur des résistances insérées dans le circuit rotorique, ce type de moteur peut développer un couple de démarrage s’élevant jusqu’à 2,5 fois le couple nominal. Le courant au démarrage est sensiblement proportionnel au couple développé sur l’arbre moteur.

     Cette solution est de plus en plus abandonnée au profit de solutions électroniques associées à un moteur à cage standard. En effet ces dernières permettent de résoudre des problèmes de maintenance (remplacement des balais d’alimentation du rotor usés, entretien des résistances de réglage), de réduire l’énergie dissipée dans ces résistances et aussi d’améliorer de façon importante le rendement de l’installation.

               b)-Rotor à cage

    Plusieurs types de rotor à cage existent, ils sont tous conçus selon l’exemple de la figure .En citant ces moteurs dans l'ordre du moins répandu au plus courant :

    Rotor à cage résistante 
    Le rotor résistant existe surtout en simple cage (voir plus loin la définition du moteur simple cage). La cage est fermée par deux anneaux résistants (alliage particulier, section réduite, anneaux d'inox …).Ces moteurs présentent un fort glissement au couple nominal.

    Leur couple de démarrage est élevé et le courant de démarrage faible .

    En raison des pertes dans le rotor, leur rendement est faible.

     Ces moteurs sont en principe utilisés sur des applications pour lesquelles il est intéressantd’avoir du glissement afin d’adapter la vitesse en fonction du couple, par exemple :

   - cas de plusieurs moteurs liés mécaniquement sur lesquels doit être répartie la charge, tels que train à rouleaux d’un laminoir, entraînement d’un portique de levage ;

   - fonction enrouleur-dérouleur à partir de moteurs Alquist  prévus à cet effet ;

   - besoin d’un fort couple de démarrage avec un courant d’appel limité (palans de levage ou convoyeurs). Ils permettent la variation de vitesse par modification de la seule tension, mais cette application tend à disparaître au profit des convertisseurs de fréquence. Si tous les moteurs sont auto-ventilés, certains moteurs avec rotor à cage résistante sont moto-ventilés (motorisation distincte de leur ventilateur).

    Rotor à simple cage

     Dans des trous ou dans des encoches disposés sur le pourtour du rotor (à l’extérieur du cylindre constitué par l’empilage de tôles) sont placés des conducteurs reliés à chaque extrémité par une couronne métallique et sur lesquels vient s'exercer le couple moteur généré par le champ tournant. Pour que le couple soit régulier, les conducteurs sont légèrement inclinés par rapport à l'axe du moteur. L’ensemble a l’aspect d’une cage d’écureuil, d’où le nom de ce type de rotor.La cage d’écureuil est généralement entièrement moulée, (seuls les très gros moteurs sont réalisés à l'aide de conducteurs insérés dans des encoches ). L’aluminium est injecté sous pression et les ailettes de refroidissement, coulées lors de la même opération,assurent la mise en court-circuit des conducteurs du stator.

    Ces moteurs ont un couple de démarrage relativement faible et le courant absorbé lors de la mise sous tension est très supérieur au courant nominal .En contre partie ils ont un faible glissement au couple nominal.Ces moteurs sont utilisés principalement en forte puissance pour améliorer le rendement des installations sur des pompes et ventilateurs. Ils sont également associés à des convertisseurs de fréquence en vitesse variable, les problèmes de couple et de courant de démarrage sont alors parfaitement résolus.

     Rotor à double cage
Il comporte deux cages concentriques, l’une extérieure, de faible section et assez résistante, I’autre intérieure, de forte section et de résistance plus faible.

    Au début du démarrage, les courants rotoriques étant à fréquence élevée, l'effet de peau qui en résulte fait que la totalité du courant rotorique circule à la périphérie du rotor et donc dans une section réduite des conducteurs. Au début du démarrage, le courant rotorique étant de fréquence élevée, le courant ne circule que dans la cage extérieure. Le couple produit par la cage extérieure résistante est important et l’appel de courant réduit .

    En fin de démarrage, la fréquence diminue dans le rotor, le passage du flux à travers la

cage intérieure est plus facile. Le moteur se comporte alors sensiblement comme s’il était

construit avec une seule cage peu résistante.En régime établi, la vitesse n’est que très légèrement inférieure à celle du moteur à simple cage.

Rotor à encoches profondes
   C'est la réalisation standard.Les conducteurs rotoriques sont moulés dans les encoches du rotor qui sont de forme trapézoïdale dont le petit coté du trapèze se situe à l'extérieur du rotor.Le fonctionnement est analogue au moteur à double cage : l’intensité du courant rotorique varie en fonction inverse de sa fréquence.Ainsi :

  - Au début du démarrage, le couple est élevé et l’appel de courant réduit.

  - En régime établi, la vitesse est sensiblement celle du moteur à simple cage.

         c)-Rotor massif 
 On calcule les performances de machines asynchrones dont le rotor cylindrique massif est formé d’un noyau cylindrique en matériau ferromagnétique et d’une couche conductrice non magnétique. On montre que la présence du noyau est très intéressante et que les performances sont optimales lorsque le diamètre du noyau vaut environ 80 à 90 % de celui du rotor. 

II)-Moteur à courant continu

  Les moteurs à courant continu représentent le premier type de moteur largement utilisé et les coûts initiaux des systèmes (moteur et variateur) ont tendance à être moins élevés que les systèmes c.a. pour des appareils de faible consommation, mais avec des appareils de plus grande consommation, les frais d'entretien généraux augmentent et devraient être pris en compte. La vitesse des moteurs c.c. peut être contrôlée en variant la tension d'alimentation et ces moteurs sont disponibles dans une large gamme de tensions.     Cependant, les tensions les plus utilisées sont 12 et 24 V, dont certains avantages sont :

-Installation facile.

-Commande de vitesse dans une large gamme

-Démarrage, arrêt, marche arrière et accélération rapides-Couple de démarrage élevé-Courbe couple-vitesse linéaire

   Les moteurs c.c. sont largement utilisés, et ce avec de petits appareils et outils jusqu'aux palans, ascenseurs et véhicules électriques

Les deux types les plus courants sont :

   1)-Moteur à aimants ( sans balais, ou moteur brushless )

  Les moteurs brushless réduisent certains problèmes liés aux moteurs à balais les plus courants (durée de vie limitée pour des applications à usage intensif) et leur conception mécanique est beaucoup plus simple (sans balais). Le contrôleur de moteur utilise des capteurs à effet Hall pour détecter la position des rotors, et le contrôleur peut ainsi commander le moteur de façon précise via le courant dans les bobines du rotor pour réguler la vitesse. Les avantages de cette technologie sont une longue durée de vie, peu d'entretien et un haut rendement (85-90 %), tandis que les inconvénients sont des coûts élevés et des contrôleurs plus compliqués. Ces types de moteurs sont généralement utilisés dans le contrôle de positionnement et de vitesse avec des applications telles que les ventilateurs, pompes et compresseurs, qui nécessitent fiabilité et robustesse.

    2)-Moteur à excitation (Les moteurs à balais)
           a)-À excitation Séparée

    Excitation indépendance (ou séparée) aucun point commun entre le circuit inducteur et celui de l’induit. L’énergie électrique nécessaire à la magnétisation est fournie par une source extérieure de tension continue.

            b)-À excitation Parallèle (ou shunt) :

     Ce type de moteur possède une tension d'alimentation et le bobinage du stator est connecté en parallèle au bobinage du rotor et peut fournir un couple plus élevé, sans réduction de vitesse lors d'une augmentation du courant de moteur. Son couple de démarrage est moyen avec une vitesse constante, il convient donc aux applications telles que les tours, aspirateurs, convoyeurs et meuleuses.

              c)-À excitation Série:

  Le circuit inducteur est en série avec celui de l’induit
  Le bobinage du stator est connecté en série au bobinage du rotor. La contrôle de la vitesse est effectué en variant la tension d'alimentation. Cependant, ce type de moteur offre un contrôle médiocre de la vitesse et lorsque le couple vers le moteur augmente, sa vitesse chute. Ces moteurs sont utilisés dans les applications exigeant un couple de démarrage élevé comme les automobiles, les palans, ascenseurs et grues.   

            d)-À excitation Composée(compound):

   Ce type de moteur combine la structure à excitation série et celle du bobinage "shunt". Ainsi la polarité du bobinage shunt s'ajoute aux champs en série. Ce type de moteur possède un couple de démarrage élevé et offre un large variation de vitesse. Il est utilisé pour piloter des compresseurs, pompes centrifuges à tête variable, presses rotatives, scies circulaires, machines de cisaillement, ascenseurs et carrousels à bagages .

fin de l'article

voir aussi :
=>Les différents régimes de neutre (appelés schémas de liaison à la terre, SLT)
=>Exemples de lettre de motivation