Principes de base de l’élaboration des machines électriques tournantes.

1.         Fonction : 

Convertir l’énergie électrique en énergie mécanique, pour les moteurs.

Convertir l’énergie mécanique en énergie électrique, pour les génératrices.

Le mouvement est rotatif dans les deux cas.

 

2.         Principe électrique utilisé : 

Loi de Laplace. Il y a interaction entre un champ magnétique et une intensité. 

-         Si deux éléments sont imposés, il y aura induction et création du troisième. 

-         Trois combinaisons sont possibles : 

B, I  imposées  Þ F générée  Þ  Moteur

B, F imposées  Þ I  induite     Þ Génératrice.

F, I  imposées  Þ B générée   Þ Non utilisé.   

3.         Exemples d’utilisations

   3.1    Moteurs à courant continu.

Moteurs axiaux : 

L’intensité est portée par des spires montées sur le rotor et alimentées par un collecteur à charbons.

L’induction magnétique est produite par des inducteurs fixes alimentés en continu.

          Remarque : 

Chaque bobinage est alimenté brièvement, car la rotation du rotor déplace les lames sur le collecteur de la position où se trouve les charbons.

Il y a donc plusieurs bobinages sur le rotor, afin d’éviter que le moteur subisse un couple de forces, puis plus rien. Il est aussi impossible d’avoir deux conducteurs fixes d’alimentation, car ceux-ci subiraient une torsion jusqu’à la rupture.

Le rotor subira une poussée par à-coup, mais compte-tenu de l’inertie provoquée par la masse en rotation, il n’en paraîtra rien.   

Moteurs radiaux. 

Ce type de moteur est " plus large que long". Il n’utilise pas de collecteur à lames, mais des électrodes qui frottent sur une surface plane, de ce fait l’usure est moindre.

La grandeur intensité est portée sur un disque où sont gravées des lignes, court-circuitées vers l’extérieur et au centre du disque. L’ensemble forme l’induit et se nomme aussi rotor.

Le flux magnétique est amené par des paires d’électro-aimants ou des aimants permanents fixes.

Par la règle des trois doigts de la main gauche, il y possible de constater la création d’un couple de forces.

    3.2    En alternatif. 

Le principe utilisé est commun aux moteurs monophasés et triphasés. Un champ magnétique tournant est généré perpendiculairement et au voisinage de conducteurs dans la masse du rotor.

Les conducteurs sont reliés entre eux en une structure nommé « cage d’écureuil ». 

Le champ tournant permet l’induction de courants dans ces conducteurs. ( Loi de LENZ ). 

Le passage de ces intensités perpendiculairement au champ magnétique permet la création de forces qui vont entraîner la rotation du rotor. Ce type de moteur est nommé « asynchrone ».   

Remarque : 

Comme la création de forces s’effectue avec un temps de latence constaté, après la rotation du champ tournant, le rotor entraîné va tourner avec une vitesse légèrement inférieure  à celle du champ.

La vitesse du rotor, plus faible de 5 à 10% . La différence se justifie par le fait, que si le moteur tourne à la même vitesse que le champ magnétique, les conducteurs de la cage d’écureuil ne subiront plus de variation de flux et de ce fait, il n’y aura plus de création de forces et le rotor va ralentir.

La vitesse de rotation du champ magnétique se nomme « vitesse de synchronisme ».   

Il existe une règle qui se démontre, liant  la fréquence du réseau, le nombre de paires de pôles (p) et la vitesse de synchronisme en tours par secondes (n) :

f = p . n

Il existe une règle qui précise que pour créer un champ magnétique tournant, il convient : 

a)    Qu’il y ait autant de phases que d’enroulements . 

b)    Que l’angle de déphasage des phases d’alimentation et que l’angle de position, , des bobines des enroulement, dans le stator, soit identiques. 

c)    Pour les moteurs triphasés, il y a trois phases déphasées de 120°, les unes des autres et trois enroulements identiques disposés eux aussi à 120°

 

d)    Pour les moteurs monophasés, On se sert le la phase existante et l’on fabrique une phase supplémentaire, artificiellement, en déphasant le courant de celle-ci de 90° grâce à un condensateur, placé en série. De ce fait Il y a deux phases  et il faut donc deux enroulements disposés à 90°l’un de l’autre.

    3.3   La disposition des effets est toujours la même quelque soit le type de

secteur utilisé :

Remarque : 

Dans les schémas de principe, il  n’y a qu’une série de bobine dessinée, en

pratique, il y en a plusieurs pour occuper tout l’espace et pour créer le nombre de

pôles nécessaires pour obtenir la vitesse de synchronisme voulue. 

    3.4    Machines synchrones : 

C’est l’exception, il n’y a pas d’interactions de champ magnétique et d’intensité, les lois de Laplace ne s’applique pas.

Il y a bien création de champ magnétique tournant, mais au lieu d’un rotor « à cage d’écureuil, il y a une série, soit d’électro-aimants, soit d’aimants permanents. Le rotor prend alors le nom de « roue polaire »

Lorsque le champ tournant présente un pôle opposé face à un des aimants de la roue polaire, il y a attraction de celle-ci. Le rotor va être entraîné à la même vitesse.( Éventuellement répulsion s’il y a présentation de pôles identique, avant attraction, ceci terminé)

Généralement, ces types de machines sont des alternateurs (générateurs alternatifs), dont on utilise la réversibilité en les alimentant.   

Remarque importante : 

Il convient que ce type de moteur soit « lancé » pour qu’il y ait accrochage de la roue polaire.   

 

Exemple : moteur triphasé synchrone.

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