Moteurs à induction à rotor bobiné : Le secret d'un couple élevé et d'une vitesse réglable

Je travaille avec des moteurs électriques depuis très longtemps. J'ai vu de grands moteurs, de petits moteurs et des moteurs qui accomplissent des tâches très particulières. L'un des moteurs les plus intéressants que j'ai vus est le moteur à induction à rotor bobiné. C'est un travailleur acharné. Si vous vous êtes déjà demandé comment une grande grue pouvait soulever des objets lourds avec autant de facilité, vous êtes peut-être en train de voir ce que ce moteur spécial peut faire.

Cet article est fait pour vous si vous souhaitez en savoir plus sur ce type de moteur puissant. Nous verrons ce qu'est un moteur à rotor bobiné et comment il fonctionne. Nous verrons également pourquoi il est si différent du moteur à cage d'écureuil commun. Je l'expliquerai avec des mots simples. À la fin de votre lecture, vous saurez exactement pourquoi ce moteur est le meilleur choix pour certains des travaux les plus difficiles.

Qu'est-ce qu'un moteur à rotor bobiné ?

Commençons par les faits. Un moteur à rotor bobiné est un type particulier de moteur à induction. Vous pouvez également l'appeler moteur à bagues. Tout comme les autres moteurs électriques, il utilise des aimants et de l'électricité pour faire bouger les choses. La tâche principale de tout moteur est de transformer l'énergie électrique en énergie motrice. Ce moteur s'acquitte très bien de cette tâche, en particulier lorsque le travail est difficile.

Le nom "rotor bobiné" indique la chose la plus importante à son sujet. Le rotor est la partie du moteur qui tourne. Sur ce moteur, le rotor est entouré de bobines de fil. Ces fils sont appelés enroulements. Il ne s'agit pas de simples barres métalliques. Il s'agit de bobines isolées. Ils ressemblent beaucoup aux enroulements de la partie du moteur qui ne bouge pas, appelée stator.

Ce bobinage spécial sur le rotor est la clé de sa puissance. Il s'agit d'un type de moteur à induction dans lequel les enroulements du rotor sont reliés à des éléments extérieurs au moteur. Ce lien nous permet de modifier le fonctionnement du moteur pendant qu'il tourne. C'est ce contrôle extérieur qui fait du moteur à induction à rotor bobiné une machine si unique et si puissante. Nous verrons comment cette simple pièce peut faire une très grande différence.

En quoi ce moteur à induction est-il différent d'un moteur à cage d'écureuil ?

Lorsque je parle de moteurs, la plupart des gens pensent au moteur à induction à cage d'écureuil. C'est le type de moteur à courant alternatif le plus utilisé dans le monde. Il est simple, il ne coûte pas cher et vous pouvez compter sur lui. Le nom "cage d'écureuil" vient de son rotor. Le rotor ressemble à une cage pour un petit animal. Il est constitué d'un ensemble de barres métalliques jointes aux extrémités.

Le moteur à induction à rotor bobiné n'est pas le même. Il n'a pas un simple rotor à cage d'écureuil. Son rotor est plus détaillé et comporte des enroulements. Cette différence est très importante par rapport aux moteurs à cage d'écureuil. Le moteur à cage d'écureuil simple est un type de machine "qu'on règle et qu'on oublie". Lorsque vous le mettez en marche, sa vitesse et sa force de rotation sont pratiquement fixes. Il accomplit très bien une tâche à une vitesse donnée.

Le moteur à rotor bobiné, quant à lui, est capable de changer. Nous pouvons nous connecter aux enroulements du rotor. Cela signifie que nous pouvons modifier ses performances à tout moment. Cela rend le moteur plus détaillé et coûte souvent plus cher. Mais pour certains travaux, la possibilité de changer est exactement ce qu'il faut. Un moteur à cage d'écureuil est comme une voiture à une seule vitesse. Un moteur à rotor bobiné est comme une voiture dont on peut changer toutes les vitesses.

Quelle est la fonction des bagues collectrices dans un moteur à induction à rotor bobiné ?

Alors, comment établir une connexion avec le rotor en rotation ? C'est là qu'interviennent les bagues collectrices et les balais. Imaginez que vous essayez de connecter des fils à quelque chose qui tourne mille fois par minute. Ce serait un énorme gâchis ! La bague collectrice est une réponse intelligente à ce problème. Un collecteur tournant est un anneau métallique. Il se trouve sur la tige du moteur qui tourne, mais l'électricité ne peut pas passer entre l'anneau et la tige.

Les enroulements du rotor sont reliés à ces bagues collectrices. Lorsque le rotor tourne, les bagues tournent avec lui. Certains blocs de carbone qui ne bougent pas, appelés balais, touchent les anneaux. L'électricité part des enroulements du rotor en rotation, passe par les bagues collectrices et entre dans les brosses. Elle est ensuite acheminée vers un boîtier de commande situé à l'extérieur. Cela nous permet d'ajouter des pièces au circuit du rotor.

C'est la clé du fonctionnement d'un moteur à induction à rotor bobiné. Sans balais ni bagues collectrices, nous ne pourrions pas nous connecter au rotor. Nous n'aurions aucun moyen de modifier la résistance du circuit du rotor. Cette partie semble simple, mais c'est ce qui rend ce type de moteur si spécial. Il nous permet de contrôler sa puissance. Ce moteur est un excellent exemple de conception intelligente.

Comment contrôler la vitesse d'un moteur à rotor bobiné ?

L'avantage de ce moteur est qu'il est possible de contrôler sa vitesse. Le contrôle de la vitesse est connecté aux bagues collectrices dont nous venons de parler. Nous pouvons connecter un ensemble de résistances à l'extérieur au circuit du rotor à travers les balais. Cela nous permet de modifier le fonctionnement du moteur. Une résistance est une pièce qui rend plus difficile la circulation de l'électricité.

Lorsque nous ajoutons une résistance au circuit du rotor, nous modifions le fonctionnement du moteur. L'ajout d'une résistance au rotor ralentit le moteur. Plus nous ajoutons de résistance, plus le moteur tourne lentement. Cela nous permet de contrôler la vitesse. Cette résistance permet de modifier la vitesse du moteur en douceur. C'est très utile pour les travaux qui nécessitent des mouvements très précis.

La modification de la résistance du rotor est un moyen simple et efficace de gérer la vitesse et le couple du moteur. Le moteur peut être utilisé pour fonctionner à une certaine vitesse, et pas seulement à sa vitesse maximale. Il est parfait pour les travaux qui nécessitent une vitesse variable. Le fait de pouvoir gérer la vitesse d'un moteur à rotor bobiné est ce qui le rend si utile pour les gros travaux dans les usines. Ce moteur est un vrai travailleur acharné.

Pourquoi ce moteur a-t-il un couple de démarrage aussi élevé ?

Le couple est la force de torsion qui fait tourner quelque chose. Lorsque vous démarrez un moteur, vous avez besoin d'un couple de démarrage important pour faire avancer les choses. C'est particulièrement vrai si une charge importante est attachée. Un moteur à induction à cage d'écureuil normal tire une très grande quantité d'énergie du système électrique pour produire son couple de démarrage. Cette puissance peut être six à huit fois supérieure à celle qu'il utilise lorsqu'il fonctionne !

Le moteur à induction à rotor bobiné résout ce problème de manière très intelligente. Pour obtenir un couple de démarrage élevé, nous ajoutons beaucoup de résistance au circuit du rotor. Pour ce faire, nous utilisons les résistances situées à l'extérieur. Cela permet de réaliser deux choses formidables. Tout d'abord, cela réduit considérablement la quantité de courant de démarrage dont le moteur a besoin. C'est beaucoup mieux pour le système électrique. Le courant de démarrage est beaucoup plus faible que pour les moteurs à cage d'écureuil. Le courant est réduit, ce qui est très utile.

Deuxièmement, cette résistance supplémentaire du rotor modifie le moteur de manière à obtenir la force de démarrage la plus élevée. Le couple est plus élevé en raison d'une meilleure connexion entre les champs magnétiques du moteur. Nous obtenons ainsi une force de démarrage considérable sans que la puissance ne soit fortement sollicitée. Une fois que le moteur tourne plus vite, nous pouvons réduire lentement la résistance. Cela permet au moteur de bien fonctionner à sa vitesse maximale. Nous obtenons ainsi le meilleur des deux mondes : un bon démarrage et une bonne marche.

Où sont utilisés ces moteurs à rotor spécial ?

Vous ne trouverez pas de moteurs à rotor bobiné chez vous. Il s'agit de moteurs à usage intensif pour les gros travaux. Les moteurs à rotor bobiné sont utilisés pour les travaux nécessitant un couple de démarrage élevé et la possibilité de contrôler la vitesse. Ils sont parfaits pour déplacer des objets très lourds en douceur et en toute sécurité.

Voici quelques endroits où l'on trouve couramment ces moteurs à rotor puissant :

• Grues et palans : Le levage d'énormes caisses ou de poutres d'acier nécessite un moteur capable de démarrer avec une charge très lourde. Une grue a besoin d'une commande en douceur, et un moteur à rotor bobiné lui permet de le faire. Le palan de la grue utilise ce type de moteur.
• Ascenseurs : Un ascenseur a besoin d'un démarrage et d'un arrêt en douceur. Ce moteur lui permet de démarrer en douceur.
• Concasseurs, moulins et broyeurs : Ces machines ont besoin de beaucoup de puissance pour démarrer lorsqu'elles sont pleines de matériaux. Un moteur à induction à rotor bobiné peut fournir le couple nécessaire pour les faire démarrer.
• Pompes et ventilateurs : Certains grands systèmes de pompage doivent pouvoir modifier leur vitesse pour contrôler la quantité de liquide qui s'écoule. Ce type de moteur fonctionne bien pour cela.
• Presses à découper et cisailles : Ces machines ont besoin d'un couple élevé pour leur cycle de travail.

Un moteur à rotor bobiné convient parfaitement à toute tâche nécessitant le démarrage d'un moteur soumis à une charge importante. De même, si vous devez contrôler la vitesse d'un moteur sous charge, ce moteur est un bon choix. Ce sont des moteurs robustes pour des tâches difficiles.

Jetons un coup d'œil à l'intérieur : Quelles sont les principales parties ?

Si nous démontons un moteur à rotor bobiné, nous verrons quelques pièces principales. Il s'agit d'un type de moteur à induction. Certaines pièces ressemblent donc à son cousin à cage d'écureuil, mais le rotor est très différent.

1. Stator : C'est la partie extérieure du moteur qui ne bouge pas. Elle possède son propre ensemble de bobinages. Lorsque vous envoyez du courant alternatif au stator, celui-ci produit un champ magnétique tournant. Il en va de même pour presque tous les moteurs à induction.
2. Rotor bobiné : C'est le centre du moteur. C'est la partie qui tourne. Il ne s'agit pas d'un simple rotor à cage d'écureuil. Celui-ci possède un ensemble d'enroulements isolés, tout comme le stator.
3. Bagues et brosses : Comme nous l'avons dit, ces pièces assurent la liaison électrique avec le rotor en rotation. Les extrémités des enroulements du rotor sont reliées aux bagues collectrices. Les balais ne bougent pas et touchent les bagues pour transférer l'énergie du rotor.
4. Banque de résistances externes : Il ne se trouve pas à l'intérieur du moteur lui-même, mais il est très important pour son fonctionnement. Il s'agit d'une boîte de grandes résistances. Elles peuvent être connectées au rotor par l'intermédiaire des balais. C'est ainsi que le moteur peut contrôler la vitesse et la force. Cette résistance variable est la clé.

L'ensemble de ces pièces constitue le système d'induction à rotor bobiné. Le moteur est une simple machine à induction. Mais le rotor spécial et les bagues collectrices lui confèrent des capacités étonnantes.

Puis-je utiliser un moteur à cage d'écureuil à la place ?

Cette question m'est souvent posée. Un moteur à cage d'écureuil est plus simple et moins coûteux. Il nécessite également moins d'entretien. Alors, pourquoi ne pas toujours en utiliser un ? La réponse est que chaque tâche est différente. Pour de nombreuses tâches, un moteur à induction à cage d'écureuil est l'outil idéal. Si vous avez besoin d'un moteur pour faire tourner un ventilateur à la même vitesse en permanence, un moteur à cage d'écureuil est le meilleur choix.

Mais que se passe-t-il si vous devez soulever un objet pesant dix tonnes ? Un moteur normal à cage d'écureuil essaierait de tirer une énorme quantité d'énergie pour démarrer. Cela pourrait couper le courant ou endommager le système électrique. Il pourrait même ne pas être en mesure de produire un couple de démarrage suffisant pour soulever le poids. Le moteur pourrait ne pas être en mesure d'effectuer le travail.

C'est là que le moteur à rotor bobiné fonctionne le mieux. Il est conçu pour ce type de tâches. Il peut créer un couple très élevé lorsqu'il n'est pas en mouvement, et il utilise une faible quantité de courant. Cela signifie qu'il peut commencer à déplacer des charges lourdes sans solliciter le système électrique. Donc, non, vous ne pouvez pas toujours utiliser l'un au lieu de l'autre. Vous devez choisir le bon moteur pour la tâche à accomplir. Si vous avez besoin d'un couple de démarrage élevé et de démarrages en douceur, le moteur à rotor bobiné est souvent le seul choix possible.

Qu'en est-il des entraînements à fréquence variable (EFV) ? Sont-ils un meilleur choix ?

Dans le monde du contrôle des moteurs, les choses évoluent constamment. Aujourd'hui, nous disposons d'un nouvel outil formidable, l'entraînement à fréquence variable (EFV). Un VFD est un boîtier électronique qui peut modifier la vitesse d'un moteur à cage d'écureuil normal. Pour ce faire, il modifie la fréquence de l'électricité qui alimente le moteur.

Les variateurs de fréquence sont très utilisés aujourd'hui. Ils permettent à un moteur à cage d'écureuil simple et bon marché d'effectuer des tâches qui nécessitaient auparavant un moteur à rotor bobiné détaillé. Avec un variateur de fréquence, un moteur à induction normal peut bénéficier d'un excellent contrôle de la vitesse. Il peut même produire un couple de démarrage plus élevé. Pour de nombreux nouveaux projets, une personne peut choisir un VFD et un moteur à cage d'écureuil au lieu d'un moteur à rotor bobiné.

Mais les moteurs à rotor bobiné sont toujours nécessaires. Ils sont très résistants et peuvent fonctionner dans des endroits très difficiles. Pour certains travaux de très grande puissance, un moteur à rotor bobiné peut encore s'avérer plus rentable ou plus fiable qu'un système VFD volumineux et détaillé. En outre, si vous remplacez un vieux moteur dans un système existant, il est souvent plus facile d'utiliser un autre moteur à rotor bobiné. Les nouveaux variateurs de fréquence ont changé la donne, mais ils n'ont pas rendu inutile l'ancien moteur à rotor bobiné.

Quels sont les principaux avantages et inconvénients à connaître ?

Pour finir, voyons les bons et les mauvais côtés. Comme tout outil, le moteur à induction à rotor bobiné a ses bons et ses mauvais côtés. Il est important de les connaître avant de décider s'il s'agit du bon moteur pour ce dont vous avez besoin.

Avantages (pour) :

• Couple de démarrage élevé : Il peut démarrer avec des charges très lourdes. C'est sa meilleure caractéristique.
• Faible courant de démarrage : Il ne sollicite pas beaucoup le système électrique lorsqu'il démarre.
• Démarrage en douceur : La vitesse peut être augmentée lentement et en douceur. C'est idéal pour les charges qui nécessitent une attention particulière.
• Vitesse variable : La vitesse de fonctionnement peut être contrôlée en modifiant la résistance du rotor.

Inconvénients (Cons) :

• Coûts Plus : Ces moteurs sont plus complexes et plus coûteux à fabriquer que les moteurs à cage d'écureuil.
• Nécessite plus d'entretien : Les bagues collectrices et les balais s'usent. Ils doivent être contrôlés et remplacés.
• Gaspille plus d'énergie : Une partie de l'énergie est transformée en chaleur et perdue dans les résistances extérieures. Ce phénomène se produit le plus souvent lorsque l'appareil fonctionne à faible vitesse.
• Plus grande taille : Ils sont souvent plus grands et plus lourds qu'un moteur à cage d'écureuil de même puissance.

La connaissance de ces points vous aidera à comprendre pourquoi ce moteur est un outil spécial pour des tâches spéciales. Il ne convient pas à toutes les tâches, mais lorsque vous avez besoin de ses atouts particuliers, aucun autre moteur ne fonctionnera aussi bien.

Ce qu'il faut retenir

J'espère que cet article vous a permis de mieux connaître le moteur à induction à rotor bobiné. C'est une machine très intéressante dans le monde des moteurs électriques. Voici les points les plus importants à retenir :

• Un moteur à rotor bobiné est un moteur à induction spécial dont le rotor est équipé de bobines de fil.
• Il utilise des bagues collectrices et des balais pour relier son rotor à un circuit extérieur.
• En ajoutant une résistance au rotor, vous pouvez contrôler la vitesse du moteur. Vous pouvez également obtenir un couple de démarrage très élevé avec un faible courant de démarrage.
• Ces moteurs à rotor sont parfaits pour les travaux lourds tels que les grues, les palans et les moulins.
• Ils sont plus détaillés, plus coûteux et nécessitent plus d'entretien que les moteurs à cage d'écureuil ordinaires.
• Les nouveaux variateurs de vitesse peuvent désormais offrir des capacités similaires aux moteurs normaux, mais le moteur à rotor bobiné est toujours utilisé pour les travaux difficiles.