Comment fonctionnent les moteurs électriques

Comment fonctionnent les moteurs électriques

Les moteurs électriques convertissent l’énergie électrique en force linéaire ou rotative (couple) pour propulser un mécanisme externe, souvent un arbre rotatif. On les trouve dans une grande variété d’applications, des ventilateurs industriels aux appareils électroménagers, des outils électriques et des véhicules aux disques durs. Bien qu’il existe de nombreux types de moteurs électriques, la plupart partagent les mêmes principes et mécanismes de base.

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Un moteur électrique génère un couple en créant un champ électromagnétique qui s’oppose à un champ magnétique créé par un autre aimant ou un aimant permanent. Les champs magnétiques sont créés par des courants électriques circulant dans le stator et le rotor. Les courants électriques créent les champs magnétiques à travers des électroaimants, qui sont généralement constitués d’enroulements de fil de cuivre. Lorsque les courants sont coupés, les aimants se démagnétisent et peuvent se repousser. Lorsque les courants sont à nouveau activés, ils créent un nouvel ensemble de champs magnétiques et se retournent l’un vers l’autre, générant un couple.

Le rotor d’un moteur électrique est une pièce de fer en forme d’engrenage qui fait tourner un arbre pour fournir un mouvement mécanique. Selon la séquence de commandes données au moteur, celui-ci peut tourner en avant ou en arrière, changer de direction, augmenter ou diminuer la vitesse et même s’arrêter. Le moteur peut également être utilisé en marche arrière comme générateur pour récupérer l’énergie autrement perdue sous forme de frottement ou de chaleur.

les moteurs électriques

Pour démarrer un moteur électrique, l’un de ses électroaimants est allumé et éteint à plusieurs reprises au même rythme que la vitesse de son arbre. Le courant électrique traverse les enroulements du moteur et crée un champ magnétique qui attire et repousse le rotor. Cela crée un couple qui maintient l’arbre en rotation à sa vitesse nominale.

Chaque fois que l’électroaimant est activé, il produit une tension sinusoïdale dans les conducteurs du rotor qui est proportionnelle à l’amplitude de son champ magnétique et à sa vitesse à travers l’entrefer. La deuxième partie de ce courant, appelée composante de puissance, est en phase avec la tension appliquée, mais sa première composante, appelée composante magnétisante, est en retard sur la tension appliquée d’environ un quart de cycle, ou 90 degrés.

Le collecteur et les balais d’un moteur fonctionnent ensemble pour laisser le courant circuler dans chacun de ses électroaimants exactement au bon moment pour y parvenir. Les balais sont des morceaux de carbone ou de métal élastique qui entrent en contact avec les contacts du commutateur et inversent la direction dans laquelle les électrons du fil circulent.

Dans la plupart des moteurs électriques, le champ magnétique dans le rotor et le stator est généré par les mêmes enroulements. La mise sous tension de ces enroulements selon un schéma spécifique crée le flux magnétique qui se déplace à travers le rotor, créant un couple. Lorsque le rotor tourne, ces flux magnétiques traversent les pôles du rotor les plus proches des pôles sous tension dans le stator, les magnétisant et produisant un couple supplémentaire. Au fur et à mesure que le rotor continue de tourner, de plus en plus de ces enroulements sont excités, jusqu’à ce que le rotor soit magnétisé et qu’un couple constant soit produit. Ce type de moteur électrique est connu sous le nom de moteur à réluctance commutée.

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