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Au cœur de nombreux équipements industriels géants se trouve une bête de somme puissante et fiable : la machine à coudre. moteur à induction. Il s'agit d'un type de moteur à courant alternatif réputé pour sa simplicité, sa robustesse et son faible coût de construction. Il fonctionne grâce à une astuce physique appelée induction électromagnétique. Cet article s'adresse à vous si vous vous êtes déjà demandé comment fonctionnent ces moteurs ou quels sont les différents types de moteurs à induction. Vous découvrirez les principaux types de moteurs et verrez où ils sont utilisés au quotidien.
Un moteur à induction est un moteur électrique qui fonctionne avec un courant alternatif (CA). Sa principale fonction est de convertir l'énergie électrique en énergie mécanique, ce qui signifie qu'il transforme l'électricité en mouvement. C'est le génial inventeur Nikola Tesla qui a eu l'idée de ce type de moteur. Il se compose de deux parties principales : une partie fixe appelée stator et une partie tournante appelée rotor. Il n'y a pas de connexion électrique directe entre le stator et le rotor.
La magie opère grâce à un principe appelé induction électromagnétique. Lorsque vous faites passer un courant alternatif dans les enroulements du stator, il crée un champ magnétique qui tourne. Imaginez un aimant en rotation. Ce champ tournant traverse le rotor et induit à son tour un courant à l'intérieur du rotor. Ce courant induit crée son propre champ magnétique. Les deux champs magnétiques se poussent et s'attirent mutuellement, ce qui fait tourner le rotor et crée de l'énergie mécanique. C'est ainsi qu'un moteur à induction fonctionne sans balais ni contacts physiques avec le rotor.
Lorsque nous parlons des types d'induction, nous les divisons généralement en deux grands groupes. Cette répartition dépend du type d'alimentation en courant alternatif qu'ils utilisent. Les deux principaux types sont moteurs à induction monophasés et moteurs à induction triphasés.
La grande différence réside dans l'alimentation électrique. Un moteur monophasé fonctionne sur une alimentation monophasée, c'est-à-dire le type de courant que vous avez chez vous. Un moteur à induction triphasé a besoin d'une alimentation triphasée, ce qui est courant dans les environnements commerciaux et industriels. Cette différence d'alimentation modifie la façon dont le moteur à induction est construit et ses performances. Les moteurs triphasés sont généralement plus puissants et plus efficaces.
Examinons maintenant le premier type de moteur. Les moteurs à induction monophasés sont omniprésents. Si vous avez un ventilateur, un réfrigérateur, une machine à laver ou une petite pompe à la maison, vous avez probablement un de ces moteurs. Ils sont populaires parce qu'ils peuvent fonctionner sur la tension domestique standard. Ils sont donc parfaits pour les appareils de tous les jours.
Un moteur à induction monophasé de base ne démarre pas automatiquement. Cela signifie que si vous le connectez simplement à une alimentation en courant alternatif monophasé, le rotor se contentera de ronronner et de vibrer, mais ne tournera pas. Il ne dispose pas d'un couple de démarrage suffisant, c'est-à-dire de la force de torsion nécessaire pour le mettre en mouvement. Pour résoudre ce problème, les ingénieurs ont trouvé des moyens astucieux de donner une "poussée" au moteur pour le faire démarrer. Un moteur à courant alternatif de ce type a toujours besoin d'un circuit de démarrage spécial.
Alors, pourquoi un moteur monophasé ne se met-il pas en marche tout seul ? C'est parce que le champ magnétique produit par son stator n'est pas un champ magnétique tournant. Au lieu de cela, le champ du stator ne fait qu'émettre des impulsions. Il devient fort, puis faible, puis à nouveau fort, mais il ne tourne pas autour du stator. Ce champ pulsé peut maintenir un rotor tourner une fois qu'il est déjà en mouvement, mais il ne peut pas le faire démarrer à partir d'un arrêt.
Pour remédier à ce problème, le moteur doit pouvoir produire un champ tournant, au moins pendant un moment. Pour ce faire, on ajoute un deuxième enroulement au stator, appelé enroulement de démarrage. L'enroulement principal fournit l'énergie de fonctionnement. L'enroulement de démarrage ne sert qu'à créer un second champ magnétique qui est décalé par rapport au premier. C'est cette différence qui crée un champ tournant faible, donnant au moteur le couple initial dont il a besoin pour commencer à tourner.
Parce qu'ils ont besoin d'aide pour démarrer, il existe plusieurs types de moteurs monophasés. Chaque type utilise une méthode différente pour créer le couple de démarrage. Les moteurs à induction les plus courants sont les moteurs à phase divisée, les moteurs à démarrage par condensateur et les moteurs à pôles ombragés.
Les moteurs biphasés sont simples et bon marché. Ils utilisent un enroulement de démarrage dont les propriétés sont différentes de celles de l'enroulement principal pour créer le déphasage. Une fois que le moteur atteint sa vitesse, un interrupteur déconnecte l'enroulement de démarrage. Les moteurs à démarrage par condensateur sont un cran au-dessus. Ils utilisent un condensateur dans le circuit de démarrage. Ce condensateur crée un bien meilleur déphasage, ce qui donne au moteur un couple de démarrage très élevé. Ils sont parfaits pour les machines telles que les compresseurs qui ont besoin de beaucoup de puissance pour démarrer. Enfin, les moteurs à pôles ombrés sont très simples et ont un faible couple. Ils utilisent un petit anneau de cuivre sur le stator pour créer le second champ. On les trouve dans les petits ventilateurs qui n'ont pas besoin d'une grande puissance.
Passons maintenant au grand frère : le moteur à induction triphasé. Ce sont les bêtes de somme de l'industrie. D'après mon expérience, lorsque vous avez besoin d'une alimentation fiable et efficace pour de grosses machines, c'est ce moteur à induction qu'il faut utiliser. Ils sont utilisés pour tout, des grosses pompes aux convoyeurs en passant par l'automatisation des usines.
Le secret de leur puissance réside dans l'alimentation triphasée en courant alternatif. Ce type de courant alternatif comporte trois courants distincts qui sont tous parfaitement synchronisés. Lorsque vous alimentez le stator d'un moteur triphasé avec ce courant, il se passe quelque chose d'étonnant. Les enroulements sont répartis de telle manière qu'ils créent naturellement un véritable champ magnétique rotatif. Il n'est pas nécessaire d'utiliser un condensateur ou un enroulement de démarrage. Le moteur à induction triphasé se met donc en marche tout seul, il est très efficace et peut produire un couple régulier et constant. Le champ du stator est puissant et tourne dès que vous appliquez la puissance.
Même dans le monde des moteurs triphasés, il existe deux conceptions principales pour le rotor. Il s'agit du rotor à cage d'écureuil et du moteur à bagues (également appelé moteur à rotor bobiné). La grande majorité des moteurs à induction sont largement utilisés avec le modèle à cage d'écureuil en raison de sa simplicité et de sa robustesse.
Un rotor à cage d'écureuil est constitué d'un cylindre d'acier traversé par de lourdes barres de cuivre ou d'aluminium, appelées barres du rotor. Les barres sont reliées aux extrémités. Il ressemble à la cage d'un hamster ou d'un écureuil, d'où son nom. Un moteur à bague collectrice est différent. Son rotor comporte des enroulements en fil métallique, comme le stator. Ces enroulements sont reliés à des résistances externes par l'intermédiaire d'une bague collectrice et de balais. Cette configuration permet de contrôler la vitesse et le couple du moteur, ce qui lui confère un couple de démarrage très élevé pour les travaux spéciaux. Ce type de moteur à induction polyphasé est moins courant, mais il est très utile pour certaines charges lourdes. Cette conception de moteur polyphasé à courant alternatif est complexe.
Le choix du bon moteur à induction dépend de la tâche à accomplir. Pour la plupart des utilisations domestiques et commerciales légères, un moteur monophasé est le bon choix. Les moteurs à induction monophasés sont utilisés dans les appareils électroménagers parce qu'ils peuvent fonctionner sur la tension domestique standard. Ces moteurs sont utilisés pour alimenter une perceuse à colonne, un petit compresseur d'air ou une pompe à eau dans une maison.
Pour les travaux lourds dans les usines, vous verrez presque toujours un moteur à induction triphasé. Les moteurs à induction triphasés sont utilisés parce qu'ils sont plus efficaces, ont un facteur de puissance plus élevé et peuvent fournir beaucoup plus de puissance. Le choix entre un modèle à cage et un modèle à bagues dépend du couple nécessaire. Pour la plupart des applications nécessitant un couple de démarrage normal, le moteur à induction à cage d'écureuil est parfait. Pour une grue de grande taille, par exemple, qui doit démarrer avec une charge très lourde, le moteur asynchrone à bagues est un meilleur choix. Le raccordement électrique d'un moteur triphasé est également plus complexe. Ce moteur asynchrone à courant alternatif est un véritable outil industriel.
Les pôles d'un moteur à induction sont les pôles magnétiques créés par les enroulements du stator. Ils se présentent toujours par paires (2 pôles, 4 pôles, 6 pôles, etc.). Le nombre de pôles est directement lié à la vitesse du moteur. La vitesse du champ magnétique du stator est appelée vitesse de synchronisation.
Voici une règle simple : plus un moteur à induction a de pôles, plus sa vitesse de synchronisation est lente. Un moteur à 2 pôles fonctionnant sur une alimentation de 60 Hz aura une vitesse synchrone de 3600 tours par minute (RPM). Un moteur à 4 pôles fonctionnant sur la même puissance aura une vitesse de 1800 tours par minute. La vitesse réelle du rotor est toujours légèrement inférieure à la vitesse synchrone. Cette différence est appelée "glissement" et c'est ce qui permet au moteur d'induire un courant dans le rotor et de produire un couple. Le champ produit par le stator détermine la vitesse maximale.
Enfin, parlons du facteur de puissance. En termes simples, le facteur de puissance est une mesure de l'efficacité avec laquelle un moteur électrique utilise l'électricité qu'il consomme. Un facteur de puissance parfait est de 1,0. Les moteurs à induction, en particulier lorsqu'ils ne fonctionnent pas à pleine charge, peuvent avoir un mauvais facteur de puissance. Cela signifie qu'ils tirent plus de courant qu'ils n'en utilisent réellement pour travailler.
Pour un particulier, ce n'est pas très grave. Mais dans les applications commerciales et industrielles comportant des centaines de moteurs, un faible facteur de puissance peut entraîner un gaspillage d'énergie important et une augmentation des factures d'électricité. Les moteurs à induction triphasés ont généralement un meilleur facteur de puissance que les moteurs monophasés. Les technologies modernes, comme les variateurs de fréquence qui utilisent l'électronique de puissance, peuvent aider à contrôler la vitesse du moteur et à améliorer considérablement son facteur de puissance, ce qui rend ce puissant moteur à induction encore plus efficace. Le couple de charge du moteur a un effet important sur son facteur de puissance.
Pour accélérer votre projet, vous pouvez étiqueter les piles de laminage avec des détails tels que tolérance, matériel, finition de la surface, la nécessité ou non d'une isolation oxydée, quantitéet bien d'autres choses encore.
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