Moteur électrique

Un moteur électrique est une machine électrique qui convertit l’énergie électrique en énergie mécanique. La plupart des moteurs électriques fonctionnent grâce à l’interaction entre le champ magnétique du moteur et les courants d’enroulement pour générer une force sous forme de rotation. Les moteurs électriques peuvent être alimentés par des sources de courant continu, telles que des batteries, des véhicules motorisés ou des redresseurs, ou par des sources de courant alternatif, telles que des réseaux électriques, des onduleurs ou des générateurs électriques. Un générateur électrique est mécaniquement identique à un moteur électrique, mais fonctionne dans le sens inverse, accepte l’énergie mécanique (telle que l’eau qui coule) et convertit cette énergie mécanique en énergie électrique.

Les moteurs électriques peuvent être classés en fonction de facteurs tels que le type de source d’alimentation, la construction interne, l’application et le type de sortie de mouvement. En plus des types à courant alternatif ou à courant continu, les moteurs peuvent être à balais ou sans balais, peuvent être de différentes phases (voir monophasé, diphasé ou triphasé), et peuvent être refroidis par air ou par liquide. Les moteurs à usage général avec des dimensions et des caractéristiques standard fournissent une puissance mécanique pratique pour une utilisation industrielle. Les plus gros moteurs électriques sont utilisés pour la propulsion des navires, la compression de pipeline et le stockage par pompage, avec des puissances atteignant 100 mégawatts. Les moteurs électriques se trouvent dans les ventilateurs industriels, les soufflantes et les pompes, les machines-outils, les appareils ménagers, les outils électriques et les lecteurs de disque. Les petits moteurs peuvent être trouvés dans les montres électriques.

Dans certaines applications, telles que le freinage par récupération avec des moteurs de traction, les moteurs électriques peuvent être utilisés en mode inverse pour générer de l’énergie afin de récupérer de l’énergie qui pourrait sinon être perdue sous forme de chaleur et de frottement.

Les moteurs électriques produisent une force linéaire ou rotative (couple) et peuvent être distingués des dispositifs tels que les solénoïdes magnétiques et les haut-parleurs qui convertissent l’électricité en mouvement mais ne génèrent pas de force mécanique utilisable, appelés respectivement actionneurs et transducteurs.

Composants

Rotor
Dans un moteur électrique, la partie mobile est le rotor, qui fait tourner l’arbre pour délivrer la puissance mécanique. Le rotor contient généralement des conducteurs qui transportent des courants qui interagissent avec le champ magnétique du stator pour générer les forces qui font tourner l’arbre. En variante, certains rotors portent des aimants permanents et le stator retient les conducteurs.

Roulements
Le rotor est soutenu par des roulements qui lui permettent de tourner sur son axe. Les roulements sont à leur tour soutenus par le boîtier du moteur. L’arbre du moteur traverse les paliers vers l’extérieur du moteur, où la charge est appliquée. Du fait que les forces de la charge sont exercées au-delà du roulement le plus à l’extérieur, la charge est dite suspendue.

Stator
Le stator est la partie fixe du circuit électromagnétique du moteur et consiste généralement en enroulements ou en aimants permanents. Le noyau du stator est composé de nombreuses tôles minces, appelées laminations. Les laminés sont utilisés pour réduire les pertes d’énergie qui pourraient résulter de l’utilisation d’un noyau solide.

Trou d’air
La distance entre le rotor et le stator s’appelle l’entrefer. L’espace d’air a des effets importants et est généralement aussi réduit que possible, car un écart important a un effet fortement négatif sur les performances. C’est la source principale du faible facteur de puissance auquel les moteurs fonctionnent. Le courant magnétisant augmente avec l’entrefer. Pour cette raison, l’entrefer devrait être minimal. De très petits écarts peuvent poser des problèmes mécaniques en plus du bruit et des pertes.

Enroulements
Les enroulements sont des fils disposés en bobines, généralement enroulés autour d’un noyau magnétique stratifié en fer doux de manière à former des pôles magnétiques lorsqu’ils sont alimentés en courant.

Les machines électriques sont proposées dans deux configurations de base de pôles de champs magnétiques: les configurations à pôles saillants et non pôles. Dans la machine à pôles saillants, le champ magnétique du pôle est produit par un enroulement enroulé autour du pôle, sous la face du pôle. Dans la machine à champ non distribué, à champ distribué ou à rotor rond, le bobinage est réparti dans des fentes de face de pôle. Un moteur à pôles ombrés comporte un enroulement autour d’une partie du pôle qui retarde la phase du champ magnétique de ce pôle.

Certains moteurs ont des conducteurs constitués de métal plus épais, tels que des barres ou des feuilles de métal, généralement du cuivre ou de l’aluminium. Celles-ci sont généralement alimentées par induction électromagnétique.

Commutateur
Un commutateur est un mécanisme utilisé pour commuter l’entrée de la plupart des machines à courant continu et de certaines machines à courant alternatif. Il est constitué de segments de bagues collectrices isolés les uns des autres et de l’arbre. Le courant d’induit du moteur est fourni par des balais fixes en contact avec le commutateur rotatif, ce qui provoque l’inversion du courant nécessaire et alimente la machine de manière optimale lorsque le rotor tourne d’un pôle à l’autre. En l’absence d’une telle inversion de courant, le moteur freinerait jusqu’à l’arrêt. À la lumière des technologies améliorées dans les domaines du contrôleur électronique, du contrôle sans capteur, du moteur à induction et du moteur à aimant permanent, les moteurs à induction et à aimant permanent à commutation externe déplacent les moteurs à commutation électromécanique.

Alimentation et contrôle moteur

Alimentation moteur
Un moteur à courant continu est généralement alimenté par un commutateur à bague collectrice, comme décrit ci-dessus. La commutation des moteurs à courant alternatif peut être du type à collecteur à anneau ou du type à commutation externe, du type à commande à vitesse fixe ou à vitesse variable, du type synchrone ou asynchrone. Les moteurs universels peuvent fonctionner en courant alternatif ou continu.

Contrôle moteur
Les moteurs à courant alternatif à vitesse fixe sont fournis avec des démarreurs à démarrage direct ou progressif.

Les moteurs à courant alternatif à vitesse variable sont fournis avec une gamme de technologies de variateur de puissance, de variateur de vitesse ou de commutateur électronique.

Le terme commutateur électronique est généralement associé aux applications de moteur à courant continu sans balai à commutation automatique et de moteur à réluctance commutée.

Grandes catégories
Les moteurs électriques fonctionnent selon trois principes physiques différents: le magnétisme, l’électrostatique et la piézoélectricité. De loin, le plus commun est le magnétisme.

Dans les moteurs magnétiques, des champs magnétiques se forment à la fois dans le rotor et dans le stator. Le produit entre ces deux champs génère une force et donc un couple sur l’arbre du moteur. Vous devez modifier l’un ou l’autre de ces champs avec la rotation du moteur. Cela se fait en allumant et en éteignant les pôles au bon moment, ou en faisant varier la force du pôle.

Les principaux types sont les moteurs à courant continu et les moteurs à courant alternatif, les premiers étant de plus en plus déplacés par les derniers.

Les moteurs électriques à courant alternatif sont asynchrones ou synchrones.

Une fois démarré, un moteur synchrone nécessite un synchronisme avec la vitesse synchrone du champ magnétique en mouvement pour toutes les conditions de couple normales.

Dans les machines synchrones, le champ magnétique doit être créé autrement que par induction, par exemple à partir d’enroulements excités séparément ou d’aimants permanents.

Un moteur à puissance divisée (FHP) a une puissance nominale inférieure à environ 1 HP (0,746 kW) ou est fabriqué avec une taille de châssis standard inférieure à celle d’un moteur standard de 1 HP. De nombreux moteurs domestiques et industriels appartiennent à la classe des fractions de puissance.

Abréviations:

BLAC – AC sans brosse
BLDC – Brushless DC
BLDM – Moteur CC sans balais
EC – Commutateur électronique
PM – Aimant permanent
IPMSM – Moteur synchrone à aimant permanent intérieur
PMSM – Moteur synchrone à aimant permanent
SPMSM – Moteur synchrone à aimant permanent de surface
SCIM – Moteur à induction à cage d’écureuil
SRM – Moteur à réluctance commutée
SyRM – Moteur à réluctance synchrone
VFD – Entraînement à fréquence variable
WRIM – Moteur à induction à rotor bobiné
WRSM – Moteur synchrone à rotor bobiné
LRA – Locked-Rotor Amps: Le courant auquel vous pouvez vous attendre dans les conditions de démarrage lorsque vous appliquez la pleine tension. Il se produit instantanément lors du démarrage.
RLA – Intensité de charge nominale: Le courant maximal qu’un moteur devrait tirer dans toutes les conditions de fonctionnement. Souvent appelé à tort ampères à charge courante, ce qui laisse penser, à tort, que le moteur doit toujours tirer ces amplis.
FLA – Ampères à pleine charge: changés en 1976 en « RLA – Amortis de charge nominale ».

Moteur à commutation automatique

Moteur à courant continu brossé
Par définition, tous les moteurs à courant continu à auto-commutation fonctionnent avec une alimentation électrique en courant continu. La plupart des moteurs à courant continu sont de type à petit aimant permanent (PM). Ils contiennent une commutation mécanique interne brossée pour inverser le courant des enroulements du moteur en synchronisme avec la rotation.

Moteur à courant continu excité électriquement
Un moteur à courant continu commuté comprend un ensemble d’enroulements rotatifs enroulés sur un induit monté sur un arbre rotatif. L’arbre porte également le commutateur, un interrupteur électrique rotatif de longue durée qui inverse périodiquement le flux de courant dans les enroulements du rotor lorsque l’arbre tourne. Ainsi, chaque moteur à courant continu à balai a un courant alternatif traversant ses enroulements en rotation. Le courant circule dans une ou plusieurs paires de brosses qui s’appuient sur le commutateur. les brosses connectent une source externe d’énergie électrique à l’armature tournante.

L’armature tournante est constituée d’un ou de plusieurs enroulements de fil métallique enroulés autour d’un noyau ferromagnétique laminé magnétiquement «doux». Le courant des balais circule dans le commutateur et un enroulement de l’armature, ce qui en fait un aimant temporaire (un électro-aimant). Le champ magnétique produit par l’induit interagit avec un champ magnétique stationnaire produit par les PM ou par un autre enroulement (une bobine de champ) dans le cadre du moteur. La force entre les deux champs magnétiques tend à faire tourner l’arbre du moteur. Le commutateur commute l’alimentation des bobines lorsque le rotor tourne, empêchant ainsi les pôles magnétiques du rotor de s’aligner complètement sur ceux du champ du stator, de sorte que le rotor ne s’arrête jamais (comme le ferait une aiguille de compas), aussi longtemps que le pouvoir est appliqué.

Un grand nombre des limitations du moteur à courant continu à collecteur classique sont dues au besoin de brosses de plaquer contre le collecteur. Cela crée des frictions. Les étincelles sont générées par les circuits de fabrication et de coupure des brosses à travers les bobines du rotor lorsque les brosses traversent les espaces isolants entre les sections du commutateur. Selon la conception du commutateur, les brosses peuvent créer un court-circuit entre les sections adjacentes – et donc les extrémités de la bobine – pendant la traversée des espaces. De plus, l’inductance des bobines du rotor provoque l’augmentation de la tension à la fermeture du circuit, ce qui augmente l’étincelle des balais. Ces étincelles limitent la vitesse maximale de la machine, car des étincelles trop rapides provoqueraient une surchauffe, une érosion ou même une fonte du collecteur. La densité de courant par unité de surface des brosses, associée à leur résistivité, limite le rendement du moteur. L’établissement et la rupture du contact électrique génère également un bruit électrique; les étincelles génèrent une RFI. Les brosses finissent par s’user et doivent être remplacées, et le commutateur lui-même est sujet à l’usure et à la maintenance (sur les gros moteurs) ou au remplacement (sur les petits moteurs). L’ensemble collecteur d’un grand moteur est un élément coûteux, exigeant un assemblage précis de nombreuses pièces. Sur les petits moteurs, le commutateur est généralement intégré de manière permanente au rotor. Son remplacement nécessite donc de remplacer le rotor dans son ensemble.

Bien que la plupart des commutateurs soient cylindriques, certains sont des disques plats composés de plusieurs segments (généralement au moins trois) montés sur un isolant.

De grandes brosses sont souhaitées pour une zone de contact de brosse plus grande afin de maximiser la puissance du moteur, mais de petites brosses pour une faible masse afin de maximiser la vitesse à laquelle le moteur peut fonctionner sans que les brosses ne rebondissent ni ne produisent des étincelles. (De petites brosses sont également souhaitables pour un coût inférieur.) Des ressorts de brosse plus rigides peuvent également être utilisés pour faire fonctionner des brosses d’une masse donnée à une vitesse supérieure, mais au prix de pertes de frottement plus importantes (rendement plus faible) et d’une usure accélérée des brosses et du commutateur. Par conséquent, la conception des balais de moteur à courant continu implique un compromis entre puissance de sortie, vitesse et efficacité / usure.

Les machines à courant continu sont définies comme suit:

Circuit d’induit – Un enroulement où le courant de charge est transporté, de telle sorte qu’il peut être soit une partie fixe, soit une partie tournante d’un moteur ou d’un générateur.
Circuit de champ – Ensemble d’enroulements produisant un champ magnétique permettant l’induction électromagnétique dans des machines électriques.
Commutation: Technique mécanique permettant de corriger ou de déduire le courant continu dans des machines à courant continu.

Il existe cinq types de moteur à courant continu à balais: –

Moteur à courant continu
Moteur à courant continu série
Moteur composé à courant continu (deux configurations):
Composé Cumulatif
Composé différentiellement
Moteur PM DC (non illustré)
Séparément excité (non montré).

Moteur à courant continu à aimant permanent
Un moteur PM (à aimant permanent) n’a pas d’enroulement de champ sur le cadre de stator, mais utilise plutôt des PM pour fournir le champ magnétique contre lequel le champ de rotor interagit pour produire un couple. Les enroulements de compensation en série avec l’induit peuvent être utilisés sur les gros moteurs afin d’améliorer la commutation sous charge. Comme ce champ est fixe, il ne peut pas être ajusté pour le contrôle de la vitesse. Les champs PM (stators) conviennent parfaitement aux moteurs miniatures pour éliminer la consommation électrique de l’enroulement de champ. La plupart des gros moteurs à courant continu sont du type « dynamo », qui ont des enroulements de stator. Historiquement, on ne pouvait pas faire en sorte que les MP retiennent les flux importants si elles étaient démontées; les enroulements de champ étaient plus pratiques pour obtenir la quantité nécessaire de flux. Cependant, les gros MP sont coûteux, dangereux et difficiles à assembler; cela favorise les champs de blessure pour les grosses machines.

Pour minimiser le poids et la taille globale, les moteurs PM miniatures peuvent utiliser des aimants à haute énergie fabriqués avec du néodyme ou d’autres éléments stratégiques; la plupart sont des alliages néodyme-fer-bore. Avec leur densité de flux plus élevée, les machines électriques à PM haute énergie sont au moins compétitives par rapport à toutes les machines électriques synchrones et à induction conçues de manière optimale. Les moteurs miniatures ressemblent à la structure de l’illustration, à la différence qu’ils ont au moins trois pôles de rotor (pour assurer le démarrage, quelle que soit la position du rotor) et que leur logement extérieur soit constitué d’un tube en acier reliant magnétiquement l’extérieur des aimants de champ incurvés.

Moteur à commutation électronique (EC)

Moteur cc sans balais
Certains des problèmes du moteur à courant continu à balais sont éliminés dans la conception du BLDC. Dans ce moteur, le « commutateur rotatif » mécanique ou le commutateur est remplacé par un commutateur électronique externe synchronisé avec la position du rotor. Les moteurs BLDC sont généralement efficaces à 85–90% ou plus. L’efficacité d’un moteur BLDC jusqu’à 96,5% a été rapportée, alors que les moteurs à courant continu équipés d’appareils à brosse sont généralement efficaces à 75–80%.

La forme d’onde caractéristique de la force contre-électromotrice trapézoïdale (CEMF) du moteur BLDC découle en partie de la répartition uniforme des enroulements du stator et de la position des aimants permanents du rotor. Également appelés moteurs CC ou inverseurs de courant à commutation électronique, les enroulements statoriques des moteurs BLDC trapézoïdaux peuvent être monophasés, biphasés ou triphasés et utiliser des capteurs à effet Hall montés sur leurs enroulements pour la détection de la position du rotor et la fermeture à faible coût. -contrôle en boucle du commutateur électronique.

Les moteurs BLDC sont couramment utilisés lorsqu’un contrôle de vitesse précis est nécessaire, comme dans les lecteurs de disque d’ordinateur ou les enregistreurs de cassettes vidéo, les piles dans les lecteurs de CD, CD-ROM (etc.) et les mécanismes des produits bureautiques, tels que les ventilateurs, les imprimantes laser et les imprimantes. photocopieurs. Ils présentent plusieurs avantages par rapport aux moteurs conventionnels:

Comparés aux ventilateurs à courant alternatif utilisant des moteurs ombrés, ils sont très efficaces et fonctionnent beaucoup plus froid que les moteurs à courant alternatif équivalents. Cette opération à froid améliore considérablement la durée de vie des roulements du ventilateur.
Sans un collecteur usé, la durée de vie d’un moteur BLDC peut être considérablement plus longue comparée à un moteur à courant continu utilisant des balais et un collecteur. La commutation a également tendance à causer beaucoup de bruit électrique et RF; sans collecteur ni balais, un moteur BLDC peut être utilisé dans des dispositifs sensibles à l’électricité tels que des équipements audio ou des ordinateurs.
Les mêmes capteurs à effet Hall qui assurent la commutation peuvent également fournir un signal de tachymètre pratique pour les applications de contrôle en boucle fermée (asservies). Dans les ventilateurs, le signal du tachymètre peut être utilisé pour générer un signal « ventilateur OK » ainsi que pour fournir un retour d’information sur la vitesse de fonctionnement.
Le moteur peut être facilement synchronisé sur une horloge interne ou externe, ce qui permet un contrôle précis de la vitesse.
Les moteurs BLDC n’ont aucune chance de produire des étincelles, contrairement aux moteurs à balais, qui les rendent mieux adaptés aux environnements contenant des produits chimiques et des carburants volatils. De plus, les étincelles génèrent de l’ozone, qui peut s’accumuler dans des bâtiments mal ventilés, mettant ainsi la santé des occupants en danger.
Les moteurs BLDC sont généralement utilisés dans de petits équipements tels que des ordinateurs et sont généralement utilisés dans les ventilateurs pour se débarrasser de la chaleur indésirable.
Ce sont également des moteurs très silencieux sur le plan acoustique, ce qui constitue un avantage s’ils sont utilisés dans des équipements soumis aux vibrations.
Les moteurs BLDC modernes ont une puissance allant d’une fraction de watt à plusieurs kilowatts. Les moteurs électriques BLDC utilisent des moteurs BLDC plus gros d’une puissance nominale jusqu’à environ 100 kW. Ils trouvent également une utilisation significative dans les modèles réduits d’aéronefs électriques.

Moteur à réluctance commuté
Le MRS n’a pas de balais ni d’aimants permanents et le rotor n’a pas de courant électrique. Au lieu de cela, le couple provient d’un léger désalignement des pôles sur le rotor avec des pôles sur le stator. Le rotor s’aligne sur le champ magnétique du stator, tandis que les enroulements de champ de stator sont alimentés séquentiellement pour faire tourner le champ de stator.

Le flux magnétique créé par les enroulements de champ suit le chemin de moindre réluctance magnétique, ce qui signifie que le flux passera à travers les pôles du rotor les plus proches des pôles excités du stator, magnétisant de ce fait ces pôles du rotor et créant un couple. Au fur et à mesure que le rotor tourne, différents enroulements seront alimentés, maintenant le rotor en rotation.

Les MRS sont utilisés dans certains appareils et véhicules.

Moteur universel AC / DC
Un moteur bobiné série ou parallèle excité électriquement commuté est appelé moteur universel car il peut être conçu pour fonctionner sur du courant alternatif ou continu. Un moteur universel peut fonctionner correctement en courant alternatif car le courant dans les bobines de champ et d’induit (et donc les champs magnétiques résultants) alternera (inversion de polarité) en synchronisme, d’où la force mécanique résultante s’exercera dans un sens de rotation constant. .

Fonctionnant à des fréquences secteur normales, les moteurs universels se trouvent souvent dans une plage inférieure à 1000 watts. Les moteurs universels constituaient également la base du moteur de traction traditionnel des chemins de fer électriques. Dans cette application, l’utilisation du courant alternatif pour alimenter un moteur conçu à l’origine pour fonctionner en courant continu entraînerait des pertes d’efficacité dues au chauffage par courants de Foucault de leurs composants magnétiques, en particulier les pièces polaires du champ du moteur qui, pour le courant continu, auraient utilisé un état solide ( non laminés) et ils sont maintenant rarement utilisés.

Un avantage du moteur universel réside dans le fait que des alimentations en courant alternatif peuvent être utilisées sur des moteurs présentant certaines caractéristiques plus courantes dans les moteurs à courant continu, notamment un couple de démarrage élevé et une conception très compacte si des vitesses de fonctionnement élevées sont utilisées. L’aspect négatif est les problèmes de maintenance et de courte durée de vie causés par le commutateur. De tels moteurs sont utilisés dans des dispositifs, tels que des mélangeurs alimentaires et des outils électriques, qui ne sont utilisés que par intermittence et qui ont souvent des exigences de couple de démarrage élevées. Plusieurs prises sur la bobine de champ fournissent un contrôle de vitesse progressif (imprécis). Les mélangeurs domestiques qui annoncent de nombreuses vitesses combinent souvent une bobine de champ avec plusieurs prises et une diode qui peut être insérée en série avec le moteur (faisant en sorte que le moteur fonctionne sur du courant alternatif redressé à demi-onde). Les moteurs universels se prêtent également au contrôle électronique de la vitesse et constituent donc un choix idéal pour les appareils tels que les lave-linge domestiques. Le moteur peut être utilisé pour agiter le tambour (en avant et en arrière) en commutant l’enroulement de champ par rapport à l’induit.

Alors que les SCIM ne peuvent pas faire tourner un arbre plus rapidement que ne le permet la fréquence du secteur, les moteurs universels peuvent fonctionner à des vitesses beaucoup plus élevées. Cela les rend utiles pour les appareils tels que les mélangeurs, les aspirateurs et les sèche-cheveux où une vitesse élevée et un poids léger sont souhaitables. Ils sont également couramment utilisés dans les outils électriques portables, tels que les perceuses, les ponceuses, les scies circulaires et les scies sauteuses, où les caractéristiques du moteur fonctionnent bien. De nombreux moteurs d’aspirateur et de coupe-herbe dépassent 10 000 tr / min, tandis que de nombreuses meuleuses miniatures similaires dépassent 30 000 tr / min.

Machine à courant alternatif à commutation externe
La conception des moteurs asynchrones à courant alternatif et des moteurs synchrones est optimisée pour fonctionner sur une puissance de forme d’onde sinusoïdale ou quasi-sinusoïdale monophasée ou polyphasée, telle qu’elle est fournie pour une application à vitesse fixe depuis le réseau électrique alternatif ou pour une application à vitesse variable depuis des contrôleurs VFD. Un moteur à courant alternatif comprend deux parties: un stator fixe comportant des bobines alimentées en courant alternatif pour produire un champ magnétique tournant, et un rotor fixé à l’arbre de sortie auquel un couple est attribué par le champ tournant.

Moteur à induction
Moteur à induction à rotor bobiné et à cage
Un moteur à induction est un moteur alternatif asynchrone où la puissance est transférée au rotor par induction électromagnétique, un peu comme l’action du transformateur. Un moteur à induction ressemble à un transformateur rotatif, car le stator (partie fixe) est essentiellement le côté primaire du transformateur et le rotor (partie rotative) est le côté secondaire. Les moteurs à induction polyphasés sont largement utilisés dans l’industrie.

Les moteurs à induction peuvent être divisés en moteurs à induction à cage d’écureuil et moteurs à induction à rotor bobiné (WRIM). Les SCIM ont un enroulement lourd constitué de barres pleines, généralement en aluminium ou en cuivre, reliées par des anneaux situés aux extrémités du rotor. Lorsque l’on considère uniquement les barres et les anneaux dans leur ensemble, ils ressemblent beaucoup à la cage d’exercice rotative d’un animal, d’où son nom.

Les courants induits dans cet enroulement fournissent le champ magnétique du rotor. La forme des barres de rotor détermine les caractéristiques vitesse-couple. À basse vitesse, le courant induit dans la cage d’écureuil est presque à la fréquence de ligne et tend à se trouver dans les parties extérieures de la cage du rotor. Au fur et à mesure que le moteur accélère, la fréquence de glissement diminue et il y a plus de courant à l’intérieur du bobinage. En façonnant les barres pour changer la résistance des parties d’enroulement dans les parties intérieure et extérieure de la cage, une résistance variable est effectivement insérée dans le circuit du rotor. Cependant, la majorité de ces moteurs ont des barres uniformes.

Dans un WRIM, l’enroulement du rotor est constitué de nombreuses spires de fil isolé et est connecté à des bagues de glissement sur l’arbre du moteur. Une résistance externe ou d’autres dispositifs de contrôle peuvent être connectés au circuit du rotor. Les résistances permettent de contrôler la vitesse du moteur, bien qu’une puissance importante soit dissipée dans la résistance externe. Un convertisseur peut être alimenté par le circuit du rotor et restituer la puissance à la fréquence de glissement qui serait autrement gaspillée dans le système d’alimentation via un onduleur ou un moteur-générateur séparé.

Le WRIM est principalement utilisé pour démarrer une charge à forte inertie ou une charge qui nécessite un couple de démarrage très élevé sur toute la plage de vitesses. En sélectionnant correctement les résistances utilisées dans le démarreur à résistance secondaire ou à bague collectrice, le moteur est capable de produire un couple maximal avec un courant d’alimentation relativement faible, de la vitesse zéro à la vitesse maximale. Ce type de moteur offre également une vitesse contrôlable.

La vitesse du moteur peut être modifiée car la courbe de couple du moteur est effectivement modifiée par la quantité de résistance connectée au circuit du rotor. En augmentant la valeur de la résistance, la vitesse du couple maximal sera réduite. Si la résistance connectée au rotor est augmentée au-delà du point où le couple maximal se produit à vitesse nulle, le couple sera encore réduit.

Lorsqu’il est utilisé avec une charge dont la courbe de couple augmente avec la vitesse, le moteur fonctionnera à la vitesse où le couple développé par le moteur est égal au couple de charge. Réduire la charge entraînera une accélération du moteur et une augmentation de la charge ralentira le moteur jusqu’à ce que la charge et le couple du moteur soient égaux. Utilisé de cette manière, les pertes par glissement sont dissipées dans les résistances secondaires et peuvent être très importantes. La régulation de vitesse et l’efficacité nette sont également très mauvaises.

Moteur couple
Un moteur couple est une forme spécialisée de moteur électrique pouvant fonctionner indéfiniment lorsqu’il est bloqué, c’est-à-dire avec le rotor bloqué en rotation, sans subir de dommages. Dans ce mode de fonctionnement, le moteur appliquera un couple constant à la charge (d’où son nom).

Les moteurs à couple d’alimentation et d’enroulement dans un lecteur de bande sont couramment utilisés. Dans cette application, entraînée à partir d’une basse tension, les caractéristiques de ces moteurs permettent d’appliquer une légère tension relativement constante sur la bande, que le cabestan fasse avancer ou non la bande au-delà des têtes de bande. Conduits à partir d’une tension plus élevée (et fournissant ainsi un couple plus élevé), les moteurs couple peuvent également réaliser des opérations d’avance et de retour rapides sans nécessiter de mécanique supplémentaire telle que des engrenages ou des embrayages. Dans le monde du jeu sur ordinateur, les moteurs couples sont utilisés dans les volants à retour de force.

Une autre application courante est le contrôle du papillon des moteurs à combustion interne en association avec un régulateur électronique. Dans cette utilisation, le moteur agit contre un ressort de rappel pour déplacer le papillon des gaz en fonction de la sortie du régulateur. Ce dernier surveille la vitesse du moteur en comptant les impulsions électriques du système d’allumage ou d’un capteur magnétique et, en fonction de la vitesse, modifie légèrement l’intensité du courant appliqué au moteur. Si le moteur commence à ralentir par rapport à la vitesse désirée, le courant augmente, le moteur développe plus de couple, tire contre le ressort de rappel et ouvre le papillon des gaz. Si le moteur tourne trop vite, le régulateur réduira le courant appliqué au moteur, provoquant le recul du ressort de rappel et la fermeture du papillon des gaz.

Moteur synchrone
Un moteur électrique synchrone est un moteur à courant alternatif caractérisé par un rotor qui tourne avec des bobines qui transmettent des aimants à la même vitesse que le courant alternatif et qui génère un champ magnétique qui le pilote. Une autre façon de le dire est qu’elle ne glisse pas dans les conditions de fonctionnement habituelles. Cela contraste avec un moteur à induction, qui doit glisser pour produire un couple. Un type de moteur synchrone ressemble à un moteur à induction, sauf que le rotor est excité par un champ continu. Les bagues et les brosses sont utilisées pour conduire le courant au rotor. Les pôles du rotor se connectent les uns aux autres et se déplacent à la même vitesse, d’où le nom de moteur synchrone. Un autre type, à faible couple de charge, consiste à placer des plats sur un rotor à cage d’écureuil classique afin de créer des pôles discrets. Une autre machine, comme celle fabriquée par Hammond pour ses horloges antérieures à la Seconde Guerre mondiale et dans les orgues plus anciennes de Hammond, n’a pas de bobinage de rotor et de pôles discrets. Ce n’est pas auto-partant. L’horloge nécessite un démarrage manuel à l’aide d’un petit bouton à l’arrière, tandis que les anciens organes de Hammond avaient un moteur de démarrage auxiliaire relié par un interrupteur à commande manuelle à ressort.

Enfin, les moteurs synchrones à hystérésis sont généralement (essentiellement) des moteurs biphasés avec un condensateur déphaseur pour une phase. Ils commencent comme des moteurs à induction, mais lorsque le taux de glissement diminue suffisamment, le rotor (un cylindre lisse) devient temporairement magnétisé. Ses pôles distribués le font agir comme un moteur synchrone à aimant permanent (PMSM). Le matériau du rotor, comme celui d’un clou commun, restera magnétisé, mais peut également être démagnétisé sans difficulté. Une fois en marche, les pôles du rotor restent en place. ils ne dérivent pas.

Les moteurs synchrones de faible puissance (tels que ceux des horloges électriques traditionnelles) peuvent avoir des rotors à coupelles à aimants permanents multipolaires et utiliser des bobines d’ombrage pour fournir le couple de démarrage. Les moteurs d’horloge Telechron ont des pôles colorés pour le couple de démarrage et un rotor à anneau à deux rayons qui fonctionne comme un rotor bipolaire discret.

Machine électrique à double alimentation
Les moteurs électriques à alimentation double ont deux ensembles d’enroulement multiphases indépendants, qui contribuent au processus de conversion de l’énergie (c’est-à-dire, au travail), avec au moins l’un des ensembles d’enroulement à commande électronique pour un fonctionnement à vitesse variable. Deux ensembles d’enroulements multiphases indépendants (c’est-à-dire une armature double) constituent le maximum fourni dans un seul boîtier sans duplication de topologie. Les moteurs électriques à double alimentation sont des machines avec une plage de vitesse de couple constante effective égale à deux fois la vitesse synchrone pour une fréquence d’excitation donnée. Il s’agit du double de la plage de vitesse de couple constant des machines électriques à alimentation unique, qui ne disposent que d’un seul ensemble d’enroulement actif.

Un moteur à double alimentation permet de réaliser un convertisseur électronique plus petit, mais le coût de l’enroulement du rotor et des bagues collectrices peut compenser les économies réalisées sur les composants électroniques de puissance. Des difficultés à contrôler la vitesse à proximité d’applications de limite de vitesse synchrones.