55) MOTEUR A AIMANTS PERMANENTS

1er partie: MOTEUR A AIMANTS PERMANENTS au rotor et au stator
2eme partie: PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DES
                      GÉNÉRATRICES ET  MOTEURS ÉLECTRIQUES
                     

 

 

 

1er partie:

  MOTEUR A AIMANTS PERMANENTS au rotor et au stator

 
Le moteur électrique fonctionne sur le même principe que le moteur à aimants permanents au rotor et au stator. Cependant, ce dernier est limité par l'encombrement des aimants.
Soit, pour les mêmes dimensions qu'un moteur électrique, il a une plus faible puissance et un plus petit couple.
 

Les moteurs composés uniquement d'aimants permanents sont très encombrant par rapport au moteur électrique et ils ne sont pas flexible. Actuellement pour modifier la vitesse des moteurs électrique il existe plusieurs techniques, branchement des pôles, utilisation de variateur de fréquence... Alors que pour Le moteurs à aimants permanent il n'y à que la boite de vitesse mécanique.

 
Mais cela n’empêche pas le moteur à aimants permanents au rotor et au stator de fonctionner et de pourvoir entraîner bien des systèmes en adaptant sa taille à l'utilisation souhaité. Toutefois, le moteur à aimants permanents n'est pas éternel. Un aimant en néodyme à une durée de vie de 400 ans.

 

L'utilisation d'un moteur à aimant permanent est en elle même non polluante. Mais les aimants ne sont pas à proprement parler une énergie renouvelable. La majorité des aimants que nous utilisons sont fabriqués par l'homme à partir d'alliage de Cobalt, Nickel, Fer, aluminium, Samarium et Néodyme. Pourtant, les aimants ne sont ils pas alors comparable à un moyen de stockage de l'énergie, malgré que cela ne soit jamais évoqué? Alors qu'il est toujours reproché aux énergies renouvelables de ne pas pouvoir être stockables, un jour, peut être y aura t'il des aimants produits à partir d'énergie renouvelable.
 
 
Principe de base de tous les moteurs utilisant le magnétisme (comme les moteurs électriques):
Le pôle nord d'un aimant et le pôle sud d'un autre aimant s'attirent.
Le pôle nord de deux aimants  ou le pôle sud de deux aimant se repoussent.
 
aimant.png
Dans un moteur électrique les aimants sont tous ou en parti remplacés par des électroaimants et voir même au rotor de moteur asynchrone par une cage constitué d'aluminium rempli de fer blanc . Les électroaimants permettent aussi l’inversement des pôles magnétiques en jouant sur le sens du courant, ce qui à aussi un rôle dans le fonctionnement de différents moteurs électriques, comme inverser le sens de rotation du moteur.
 
 
Moteur à aimant permanent au rotor et au stator:
 

Le principe du moteur à aimant permanent au rotor et au stator, est comparable à un moteur à courant continu (c.a.d la dynamo), appelé aussi moteur universel.

 
Les pôles sud (dans cet exemple) des aimants du rotor et du stator s'opposent continuellement, obligeant le rotor à tourner.
Le moteur ne sera plus fonctionnel lorsque les aimants auront perdu leur magnétisme.

moteur-aimant.png

aiment-permanent.png
main.png
-moteur energie libre 6000 tr min

 

perendev-rotor.png
 Disques supportant les aimants du rotor du moteur PERENDEV
 

Les mâchoires du stator comportant des aimants sont rapprochées pour démarrer le moteur et écartées pour l’arrêter.

main.pngMike J. BRADY
Moteur Perendev - energythic
 
main.pngperendev rotor
-ENERGIE liBRE : moteur Perendev (aimants ...
 
main.png
principe du moteur magnétique.avi
 
main.png
Motorcillo.avi

 

 

 

 

 

 

 2eme partie:

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DES

MOTEURS ET GÉNÉRATRICES

ÉLECTRIQUES

I) LE CHAMP MAGNÉTIQUE
 
II) LES MOTEURS ET LES GÉNÉRATRICES ÉLECTRIQUES FONCTIONNENT SUR LE PRINCIPE DES AIMANTS (aimant naturel)
 
III) ÉLECTROAIMANT
 
IV) COURANT ÉLECTRIQUE INDUIT D'UNE BOBINE
 
V) TRANSFORMATEUR ÉLECTRIQUE
 

VI) GÉNÉRATRICE ET MOTEUR A COURANT CONTINU (moteur universel alternatif compris)

VII) GENERATEUR ET MOTEUR A COURANT ALTERNATIF (moteur universel non compris)
1) Dynamo de vélo dont le rotor est un aimant permanent (c.a.d un alternateur).
 
2) le rotor est un électroaimant alimenté en courant continu (l'alternateur de voiture)
    a) Schémas électriques d'alternateurs automobiles
        a1) Alternateur à une fiche D+
        a2) Alternateur à 2 fiches, D+ et L
    b) Différences entre l'alternateur de voiture et celui de vélo :
 
3) synchronisme
 
4) champ magnétique tournant
 
6) L’alternateur est un moteur synchrone
    a) Branchement d'un alternateur de voiture pour en faire un moteur synchrone triphasé (Principe de fonctionnement du moteur synchrone triphasé)
    b) Démarrage d'un moteur synchrone
 
7) Le moteurs synchrone devient asynchrone
    a) Principe de fonctionement du moteur asynchrone
    b) Démarrage du moteur asynchrones monophasé
        b1) Moteur asynchrones monophasé à spire de FRAGER
        b2) Moteur asynchrone monophasé à condensateur permanent
        b3) Moteur asynchrone monophasé à condensateur de démarrage
                b31) Avec coupleur centrifuge
                b32) Avec relais électromagnétique
    c) Branchement moteur de machine à laver asynchrone monophasé 230V
        - Détermination des enroulements
        - Moteur à condensateurs permanents
        - Moteur avec coupleur centrifuge
        - Moteur de machine à laver avec relais électromagnétique:
    d) moteurs asynchrone triphasé
        d1) Le champ tournant du moteurs asynchrone triphasé
        d2) Branchement étoile (Υ) ou triangle (∆) du moteur asynchrone triphasé
        d3) Branchement du moteur asynchrone triphasé étoile (Y) ou triangle (∆) d'aprés sa 
              plaque signalétique
        d4) Branchement marche avant arrière ou arrêt (effet mémoire) du moteur
              asynchrone triphasé
    dd) Transformer un moteur triphase en monophase
    e) moteur asynchrone en génératrice asynchrone ou la génératrice hypersynchrone
       e1) le rotor de la génératrice asynchrone
       e2) Le rotor de la génératrice asynchrone est amagnétique
       e3) Amorçage de la génératrice asynchrone
                  e31) Auto amorçage de la génératrice asynchrone par condensateurs
                  e32) Auto amorçage de la génératrice asynchrone par aimant
                  e33) Génératrice asynchrone triphasé raccordée à un réseau électrique triphasé
        e4) Production électrique d'une génératrice asynchrone à une fréquence de 50 Hz
        e5) Génératrice asynchrone autonome (non reliée au réseau)
  
 
 
I) LE CHAMP MAGNÉTIQUE
(ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique)
aimant.jpg
Ecole du Bourg, Avernes
Un aimant attire des objets en fer.
 
aimant1.jpg

IUFM de Créteil
Un trombone ferreux attiré à distance par un aimant

 

aimant2.jpg
Ecole du Bourg, Avernes
Un aimant attire un trombone à traver une feuille de papier
 

Les aimants ont un champ magnétique qui leur permet d'attirer les objets ferreux.

 


le champ magnétique peut se matérialiser avec de la limaille de fer placée autour d'un aimant.

aimant3.gif
aimant4.png
le champ magnétique se présentent sous forme de boucles.
Les lignes de force vont du pôle nord au pôle sud, à l'extérieur de l'aimant.
Du pôle sud au pôle Nord à l'intérieur.

Définition :
Un champ magnétique est un champ de force résultant du déplacement des charges (courant électrique).
L'intensité d'un champ magnétique est mesurée en Gauss (G) ou Tesla (T).
L'intensité du champ diminue à mesure qu'augmente la distance à sa source.
Source : GreenFacts
 


II) LES MOTEURS ET LES GÉNÉRATRICES ÉLECTRIQUES FONCTIONNENT SUR LE PRINCIPE DES AIMANTS (aimant naturel)

aimant6.gif
Le champ magnétique des aimant les fait aussi interagir entre eux, ils s’attirent ou se repoussent.

contraire-s-attirent.png
Les pôles magnétiques contraire s’attirent
 
meme-se-repoussent.png
Les même pôles magnétiques se repoussent
 
aimant7.png

Le pôle nord d'un aimant et le pôle sud d'un autre aimant s'attirent.
Le pôle nord de deux aimants ou le pôle sud de deux aimant se repoussent.
(Les moteurs électriques utilisent surtout le principe de répulsion des aimants pour tourner)


III) ÉLECTROAIMANT
Tout déplacement de charge électrique, que ce soit dans le vide ou dans une matière conductrice crée un champ magnétique comme les aimants naturels.
electroaimant.png
Expérience d'Œrsted, la circulation d'un courant électrique dans un fil conducteur fait dévier l'aiguille d'une boussole, mettant en évidence la création d'un champ magnétique.

Pour utiliser ce phénomène physique il est utilisé des enroulements de fil conducteur (appelé bobine, bobinage, solénoïde) qui soumis à un courant électrique réagissent comme des aimants en ayant un champ magnétique avec un pôle sud et un pôle nord, d’où le nom d’électroaimant.

electroaimant1.png

Les pôles de l'électroaimant sont définis par le sens du courant électrique et le sens d'enroulement du bobinage. Un courant électrique alternatif inversera alternativement les pôles de l'électroaimant.
Le nombre d'enroulement, le diamètre du fil conducteur et la grandeur du courant électrique supporté définissent la puissance de l'électroaimant.

electroaimant2.jpg
Un électroaimant avec une bobine artisanale attire des trombones métalliques comme un aimant naturel le ferait.
Dans tous les moteurs électriques, que se soit en courant continu ou alternatif il y a des enroulements de fils électriques (des bobines) pour jouer le rôle d' aimants.

 

IV) COURANT ÉLECTRIQUE INDUIT D'UNE BOBINE
(courants de Foucault)

Expérience de Faraday sur électricité et magnétisme:
courant-electrique-induit.jpgcourant-electrique-induit1.jpg
Expérience réalisé le 03 décembre 2008 au lycée Blaise Pascal.
 
Une bobine est branchée sur un ampèremètre.
Un aimant est approché de la bobine. L’aiguille de l'ampèremètre bouge.
le champ magnétique de l'aimant induit dans la bobine un courant électrique.
Une bobine soumise à un champ magnétique produit un courant électrique.
 

Les courants de Foucault, sont les courants électriques créés dans une masse conductrice, soit par la variation au cours du temps d'un champ magnétique extérieur traversant ce milieu (le flux du champ à travers le milieu), soit par un déplacement de cette masse dans un champ magnétique constant. Ils sont une conséquence de l'induction magnétique.

Ce phénomène a été découvert par le physicien français Léon Foucault en 1851.

 

V) TRANSFORMATEUR ÉLECTRIQUE
Le transformateur électrique fonctionne avec du courant alternatif. En utilisant un enroulement primaire et secondaire, Il applique la propriété d'induction de l'électroaimant dans un enroulement de fil conducteur.
transformateur.gif
La bobine du primaire soumis à une charge électrique devient un électroaimant émettant un champ magnétique qui induit dans la bobine secondaire un courant électrique.
Le diamètre du fil et le nombre d'enroulement des bobines déterminent les capacités du transformateur.
 
transformateur1.jpg
Transformateur 240/12V

Le réseau EDF alimente en 240V alternatif le primaire autour du secondaire produisant du 12V alternatif.

Le changement de voltage entre le courant électrique d'entré et celui de sorti est obtenu par induction en jouant sur le diamètre du fil et le nombre de spirale des bobines primaire et secondaire.


Pour devenir du 12V en courant continu il peut ensuite être redressé par un pont de diodes.
 

 

VI) GÉNÉRATRICE ET MOTEUR A COURANT

CONTINU (moteur universel alternatif compris)

La dynamo est une génératrice de courant électrique continu et l'alternateur est une génératrice de courant électrique alternatif.

1) le disque dynamo
Michael FARADAY (1791 - 1867)

 

dynamo.jpg 
Disque dynamo de FARADAY-1831
disque-dynamo-de-faraday-1-1.png
courant-continue.png
Un disque en métal  tourne entre le pôle nord et le pôle sud d'un aimant (ou électroaimant alimenté en courant continu) en U. Deux connexions par frottement de balais avec des fils conducteurs sont faites sur le disque. Une sur l'axe en matière conductrice du disque et une autre sur la périphérie du disque en métal conducteur.
Les appareils de mesure démontrent la production d'un courant électrique continu.
Les mêmes faces du disque en métal conducteur sont exposées toujours au même pôles de l'aimant. Il n'y a pas d'alternance de pôle, c'est pourquoi le courant électrique est continu.

 

 

2) La dynamo à aimant permanent au stator

Dynamo à aimant permanent au stator à un seul enroulement au rotor, dont le rotor est entraîné en rotation par une force motrice extérieur.

 
Electric motor.gifcourant-continu.png
 
 
principemoteur.gif
 
Le courant continu d'une dynamo électrique à aimant permanent au stator est obtenu en maintenant face à face les mêmes pôles magnétiques du stator et du rotor. Il n'y a pas d'alternance de pôle magnétique, le pôle nord du stator doit toujours être en face du pôle nord du rotor et le pôle sud du stator doit toujours être en face du pôle sud du rotor.
 
Schema moteur cc.png
C'est pour cela qu'a été inventé les balais (charbons) et le collecteur à lamelles sur le rotor.

Les balais et le collecteur à lamettes inversent le sens de circulation du courant électrique de la bobine du rotor à chaque demie arc de cercle du rotor et cela dans le cas de cette dynamo n'ayant qu'un enroulement au rotor connecter par deux lamettes au collecteur.

Pour accroître la puissance d'une génératrice ou d'un moteur à courant continu, il est nécessaire d'ajouter des enroulements au rotor est au stator. Cela permet au rotor d'avoir toujours un enroulement en face des aimants (ou électroaimant alimenté en courant continu) du stator. Et Pour augmenter le nombre d'enroulement indépendant, il faut ajouter des lamelles sur le collecteur.

 
branchement-enroulement-du-rotor.png
Branchement en série des enroulement du rotor.
 
les balais montés sur le collecteur
Branchement des enroulements sur les lamelles du collecteur d'un moteur à courant continu.
 
Collecteur de démarreur automobile à 20 lamelles (dont le stator est généralement bobiné).

 

RDC   14 MF 1x40V CA 160

Dynamo precilec RDC 14 MF 40V

 

 
 
 
 
 
3) Dynamo à électroaimant au stator (La dynamo automobile)
dynamo%20014.jpg2.
Dynamo automobile Marchal-Vaucanson
885-dynamo.png
Dans la dynamo automobile les aimants permanent du stator sont remplacer par des bobines pour créer des électroaimants.
image/photo
 
 
 
 
Pour gérer la production électrique de la dynamo automobile lorsqu'elle est entrainée par un moteur thermique, il est utilisé un régulateur.
R : Régulateur.
D : Dynamo.
B : Batterie.
1 : Conjoncteur/disjoncteur.
b1 : bobinage "série".
b2 : bobinage "shunt".
2 : Régulateur d'intensité.3 : Régulateur de tension.
R : Ressorts.
r : Résistance de contrôle.
D+ : Bornes dynamo/régulateur.
B+ : Bornes batterie/régulateur.
Ex : Bornes du circuit d'excitation.
 
Principe de fonctionnement du régulateur de dynamo automobile expliqué par Jean-Pierre DELAUNOY
main.png
Régulation en tension
 
 
 
 
4) La dynamo est un moteur à courant continu
 
4a) moteur à courant continu avec aimant permanent au stator
C'est un moteur à excitation constante
 
Electric motor.gif
principemoteur-1.gif
Il suffit d'alimenter le rotor (et le stator lorsque c'est une bobinage) d'une dynamo en courant électrique continu et elle devient un moteur à courant continu.
Alimenté en courant électrique continu, le rotor devient un électroaimant, ainsi que le stator lorsque c'est un bobinage.

Grâce au collecteur, les mêmes pôles magnétiques du stator et du rotor se font toujour face. Les pôles du stator et du rotor s'opposent alors continuellement, se qui entraîne le rotor en rotation.

moteur-courant-continue-a-aimant.png
moteur à courant continu à aimant permanent au stator
1) interrupteur
2) aimants permanents
3) bobinages du rotor
4) balais (charbon)
 
 
 
4b) moteur à courant continu à bobinage au stator
 
4b1)Les aimants du stator sont remplacés par des bobinages (électroaimants) inducteur.
 
Moteur à courant continu à  entrefer et bobinage au stator
 
 
Moteur à courant continu à bobinage et induit tolé au stator
 
 
 
 4b2) principaux branchements moteur à courant continu à bobinage au stator
 
Moteurs à excitation                            Moteurs à excitation
indépendante                                      parallèle (dérivation, shunt)
moteur-courant-continu-excitation1.png 
 

Moteurs à excitation                          Moteurs à excitation
série                                                  composée (compound) (série et parallèle)
moteur-courant-continu-excitation.png 
 
 
 
 5) Le moteur à courant continu à excitation série est le moteur universel
 

le moteur électrique universel peut fonctionner avec du courant continu ou du courant alternatif.

 
Moteur universel de machine à laver (obligatoirement à charbon)
MOTEUR UNIVERSEL U24001M31 Lave-linge
 
 
VII) GENERATEUR ET MOTEUR A COURANT ALTERNATIF(moteur universel non compris)

1) DYNAMO DE VÉLO DONT LE ROTOR EST UN AIMANT PERMANENT (c.a.d un alternateur)

Dynamo SOUBITEZ
alltern.gifalternateur-velo-1.jpg
alternateur-velo-2.jpgalternateur-velo-3.jpg
"dynamo" alternateur de vélo 6V produisant du courant alternatif de marque SOUBITEZ.
L'aimant cylindrique à polarisation diamétrale en céramique noir tourne au-dessus du bobinage fixe surmonté de 8 lamelles polaires.

dynamo

 
Différents positionnements de l'aimant et de la bobine d'induction de la "dynamo" magnéto alternateur de vélo avec aimant permanent au rotor:
dynamo-alternateur-de-velo-avec-aimant.png
 
L' aimant de l'alternateur peut faire un mouvement de va-et-vient, tourner autour, à l'intérieur ou au-dessus d'une bobine(s). Dans tous ces cas le bobinage subit alternativement le champ magnétique des différents pôles de l'aimant et cela crée un courant alternatif dans la bobine. La "dynamo" magnéto de vélo de ce type produit du courant alternatif, c'est un alternateur.
L’avantage est qu'il n'y a pas de balais (charbon) et de collecteur.

 

Une dynamo produit du courant électrique continu et un alternateur de l'alternatif.

 

2) le rotor est un électroaimant alimenté en courant continu (L'ALTERNATEUR DE VOITURE)

L'électroaimant du rotor avec un collecteur à bague d'un alternateur est alimenté en courant continue pour induire au stator du courant alternatif qui dans la plus part des cas est triphasé.

 


 L’alternateur de voiture fonctionne comme la "dynamo" alternateur de vélo avec aimant au rotor.

alternateur-de-voiture.png

alternateur-de-voiture-1.jpg

coupe-d-un-alternateur.png


      

Courant alternatif non redressé des trois phases d'un alternateur


Le courant alternatif de l’alternateur de voiture redressé par les ponts de diodes
 

a) Schémas électrique d'alternateur automobile

a1) Alternateur à une fiche D+
schema-alternateur-de-voiture-d.png 
 
 a2) Alternateur à 2 fiches, D+ et L
schema-alternateur-de-voiture-d-l.png

 

b) Différences entre l'alternateur de voiture et celui de vélo :
- Le rotor est un électroaimant (roue polaire) d'une seule bobine alimenté en courant électrique continu. D’où la nécessité de balais (charbons) et d'un collecteur à bagues pour alimenter en électricité l'électroaimant du rotor.
- Trois enroulements Branchés en triangle au stator.
- Le courant alternatif produit par l’alternateur de voiture et redressé en courant continu par des ponts de diodes et un régulateur permet de gérer la production électrique suivant la demande à l'aide d'une diode Zener et de transistors.
 
Le mauvais point de l’alternateur de voiture sont les charbons (balais) pour alimenter l’enroulement du rotor en courant continu qui imposent du frottement et donc l'usure du collecteur à bagues et des charbons.

 

 

3) synchronisme:
 
  synchronisme.png
Un aimant tourne autour d'une boussole (aiguille aimantée). L'aiguille aimantée tourne en même temps que l'aimant, ils sont synchrones.
 
 
 
4) champ magnétique tournant:
 
 
champ-magnetique-tournant.png
L'aimant tournant pour réaliser le synchronisme est remplacé par des électroaimants (bobines) fixes branchées en étoile ou en triangle et alimentées en courant alternatif triphasé.
 

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Le courant alternatif triphasé dans le stator (les bobines) créent un champ magnétique tournant. Le champ magnétique tournant de trois bobines alimentées en courants alternatifs triphasé fait tourner la boussole (aiguille aimantée).
Le déphasage de 120° entre les trois tensions (phases) qui alimentent les trois bobinages également disposés à 120°, est à l'origine du champ tournant.
 
La vitesse de rotation du champ tournant dépend de la fréquence du courant alternatif (la fréquence  constante du réseau électrique est de 50 Hertz) et du nombre de pôles, moins il y a de pôle plus il va vite.
 
la vitesse de rotation d'un moteur, c'est la fréquence diviser par le nombre de pôles. V(tr/s)= F / P

 

 

5) "DYNAMO" DE VÉLO DONT LE ROTOR EST UN AIMANT PERMANENT (c.a.d un alternateur) DEVIENT MOTEUR
Il s'appelle alors moteurs synchrones à aimants ou moteur brushless (sans balais) 
 
Le moteur synchrone (brushless) n'est pas utilisé depuis longtemps, car il y avait deux gros problèmes à sont application.
- Le moteur synchrone ne fonctionne pas avec du courant continu, il lui faut du courant alternatif triphasé au stator pour créé le champs magnétique tournant.
- la taille du rotor dans le stator limite la grandeur de l'aimant et donc sa puissance.
 
Actuellement, ces deux problèmes sont résolus.
- Le courant continu est transformé en alternatif triphasé pour créé le champs magnétique tournant du stator par une sorte d'onduleur qui est appelé spécifiquement contrôleur. Il permet aussi de gérer la vitesse et la puissance. Le contrôleur peut être accompagné de capteurs hall sur le moteur qui indiquent la position exacte du rotor. Il est alors dit moteurs brushless "sensor". Lorsqu'il n'y a pas de capteur hall il est appelé Moteurs brushless sensorless. Les avantages d'avoir des capteurs hall sont de permettre au contrôleur de gérer efficassement les phases de démarrage et de bas régime du moteur.
- la taille du rotor est largement agrandi en le plaçant à l'extérieur, ce qui permet de mettre un grand nombre d'aimant. C'est le moteur à rotor externe
 
Aujourd'hui, le moteur synchrone alimenté à partir de courant continu (brushless) est en passe d’être très utilisé, puisque c'est lui que l'on retrouve dans le vélo électrique, le scooter électrique, la voiture hybride et électrique, soit tous les véhicules électriques en général.

 

 jipspoly027b1.jpg

moteur-brushless.png

moteur brushless pour modélisme

 roue-velo.png
moteur brushless de vélo électrique
 
 
 
6) L’ALTERNATEUR AUTOMOBILE DEVIENT MOTEUR SYNCHRONE
 
a) BRANCHEMENT D'UN ALTERNATEUR DE VOITURE POUR EN FAIRE UN MOTEUR SYNCHRONE TRIPHASÉ
(Principe de fonctionnement du moteur synchrone)
 
alternateur-est-un-moteur-synchrone-triphase.png
L'alternateur de voiture possède trois enroulements différents au stator.C'est un moteur synchrone triphasé, il faut le branché en retirant les ponts de diodes. Le rotor est alimenté en courant continu en retirant le régulateur.

 

 

MONTAGE ETOILE DU STATOR                                    
stator-triangle.png

 
MONTAGE TRIANGLE DU STATOR
branchement-etoile.png
Un alternateur de voiture 12V est un moteur synchrone triphasé. Pour un branchement étoile du stator il doit être alimenté par 3 phases différentes de 24V alternatif. Pour un branchement triangle du stator il doit être alimenté par 3 phases différentes de 12V alternatif.
Le rotor est alimenté en courant continu 12V.
 
La vitesse de rotation d'un moteur synchrone dépend de la fréquence (Hertz) du champ tournant et du nombre de pôles, moins il y a de pôle plus il va vite.
La vitesse de rotation d'un moteur synchrone, c'est la fréquence diviser par le nombre de pôles. V(tr/s)= F / P
 
 
 
 
b) Démarrage moteur synchrone
 
moteur-synchrone-triphase.png
MOTEUR INDUSTRIEL SYNCHRONE TRIPHASÉ. Les balais et les bagues du collecteur au rotor sont bien visible
 
Un moteur synchrone soumit à un champ tournant constant (fréquence constante du réseau 50 Hertz) ne peut pas démarré seul, car le rotor ne peut pas atteindre seul la vitesse de rotation du champ tournant pour se synchroniser avec lui.
 
Pour démarrer un moteur synchrone et permettre au rotor d'atteindre la vitesse de rotation du champ tournant, il peut être utilisé :
- un variateur de fréquence pour augmenter progressivement la fréquence du champ tournant.
- Un moteur (asynchrone) auxiliaire  qui va servir de démarreur pour que le rotor accède à la vitesse du champ tournant (fréquence constante du réseau 50 Hertz).
 
 
La machine synchrone à courant alternatif triphasé est plus facile à réaliser et plus robuste que le moteur à courant continu.
Son rendement est proche de 99%.
On peut régler son facteur de puissance cos φ en modifiant le courant d’excitation.
Un moteur auxiliaire de démarrage est souvent nécessaire.
Il faut une excitation en courant continu pour le rotor.
Si le couple résistant dépasse une certaine limite, le moteur décroche et s’arrête.
 
 
 

7) Le moteur synchrone devient asynchrone

a) Principe de fonctionement du moteur asynchrone
 
Dans le moteur asynchrone les enroulements (les électroaimants) du rotor sont remplacés par une cage d’écureuil constituée de bobinages de cuivre en court-circuit.
 
Ou le plus généralement par une cage d’écureuil en aluminium remplie de fer blanc.
Moteur asynchrone triphasé
 
Dans la cage d’écureuil du rotor du moteur asynchrone, l'aluminium ou le cuivre ne s'aimantent pas, ils sont amagnétique et le fer blanc reste aimanté seulement le temps ou il est soumit à un champs magnétique.
 
Expérience: Un aimant tourne au-dessus d'un disque en matière conductrice amagnétique
photo 1
L'aimant tournant au-dessus du disque en matière conductrice amagnétique (cuivre, aluminium...), fait tourner le disque avec un léger retard.
 
La variation au cours du temps d'un champ magnétique (l'aimant) induit dans une masse conductrice (le disque en cuivre, aluminium...) des courants électriques (courants de Foucault).
loi de Lenz: Le courant induit s'oppose par ses effets à la cause qui lui donne naissance.
 

Soit, le disque en matière conductrice amagnétique (cuivre, aluminium...) est entraîné en rotation avec un léger retard par ses transformations en "électroaimants" (créés par les courants induits (courants de FOUCAULT) sous l'effet de la rotation de l'aimant et de son champs magnétique) et son temps de réaction d'opposition au champs magnétique de l'aimant en révolution.

Dans un moteur asynchrone, les courants d'inductions (courants de FOUCAULT) par Le champ magnétique tournant du stator dans le rotor,  qui s'opposent à la cause qui leur donne naissance d'après la loi de LENZ, se produisent en décalage. Le retard entre la transformation du rotor en "électroaimant" et son opposition au champs tournant du stator est appelé glissement. Le glissement varie suivant le moteur asynchrone (fréquence, nombres de poles, nombre de phase, matériaux du rotor...).
 
 
 
b) Démarrage du moteur asynchrone monophasé
 
 

Moteur asynchrones monophasé  220V YC à condensateur de démarrage
Zone d'ombre avant la fin
 
 
moteur-asynchrone-monophase-a-entrefer.png
moteur asynchrone monophasé à entrefer et spires de FRAGER
 
 nord-sud.png

Le moteur asynchrone monophasé à entrefer illustre l'inversion du champs magnétique de la bobine lorsqu’elle est parcouru par un courant alternatif et ainsi de comprendre l'inversion de pôles égale dans les deux sens dans le rotor et le stator, ne permettant pas le démarrage du rotor, comme le confirme le théorème de LEBLANC

théorème de LEBLANC: Une bobine alimentée par un courant monophasé alternatif forme un champ magnétique pulsant le long de son axe, créant deux champs magnétiques, de même module, tournants en sens inverses.

Un courant alternatif monophasé dans une bobine créé un champs pulsant. Le champ pulsant est composé de deux champs tournants de même amplitude, de même vitesse mais de sens contraire.
 
 
 Démarrage du moteur asynchrones monophasé:
Au démarrage du moteur asynchrone monophasé, le couple créé par chacun des champs tournants du champs pulsant est de même valeur. Ainsi, le rotor ne peut pas tourner.
Pour démarrer le moteur, il faut donc le lancer ou avoir recours à un dispositif annexe. Une fois le moteur lancé, et amené à sa vitesse nominale, le moteur possède un glissement proche de 0 pour l'un des champs tournants, et de 2 pour le second. Le couple créé par le premier champ étant plus important que le couple créé par celui de sens contraire, le moteur continue à tourner.
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Les solutions techniques les plus utilisées pour démarrer un moteur asynchrone monophasé sont:
- sur les petits moteur asynchrones monophasé il existe la bague de démarrage (spire de Frager).
- Le condensateur permanent.
- Le condensateur pour bobine de démarrage qui peut être commandé par un coupleur centrifuge ou par un relais électromagnétique.
 
 
b1) Moteur asynchrone monophasé à spire de FRAGER
 
moteur-asynchrone-monophase-a-spire-de-frager.png
les petits moteurs asynchrones monophasé de faible puissance, constitués d'un seul enroulement, utilisent pour démarrer des spires de FRAGER disposées dans l'entrefer et décalées dans le même sens par rapport à chaques champs tournants.
Au démarrage, la dissymétrie créée entre les deux champs magnétiques tournants par les spires de FRAGER, privilégie un sens de rotation.
 
 
b2) Moteur asynchrone diphasé monophasé à condensateur permanent
 
Branchement moteur machine a laver
 Moteur de machine à laver à 2 vitesses. Le condensateur permanent est sur la petite vitesse (lavage).
 
moteur-asynchrone-monophase-a-condensateur-permanent.png
Le condensateur permanent est branché en série sur l'un des deux enroulements pour le déphasé de π/2. C'est un moteur diphasé.

Pour inverser le sens de rotation du moteur, il suffit de mettre le condensateur en série sur l'autre bobine.

 
b21) Démarrage du moteur triphasé utilisé en monophasé:
Voir d) Moteur asynchrone triphasé
       dd) Transformer un moteur triphase en monophase , calcul du condensateur.
 
 
b3) Moteur asynchrone monophasé à condensateur de démarrage
Ils peunvent étre à coupleur centrifuge ou avec relais électromagnétique.
 
 
b31) Avec coupleur (Contact, relais) centrifuge
 
Moteur asynchrone de machine à laver à coupleur centrifuge
P1020500.JPG
P1020501.JPG
 
Moteur  asynchrone monophasé à coupleur centrifuge d’un compresseur d’air
ELEKTROMOTORENWERK GRUNHAÏN (EMG) 230v 12,6A 50Hz 1,5KW
 
moteur-avec-coupleur-centrifuge.png
Au démarrage, le coupleur centrifuge a son contact fermé pour alimenter le condensateur et la bobine de démarrage. Lorsque le moteur atteint sa vitesse de fonctionnement, la force centrifuge du rotor fait s'écarter des masselottes qui ouvrent le contact du coupleur centrifuge pour désactiver le condensateur et la bobine de démarrage.
 
 
 
b32) Avec relais électromagnétique (Relai d'intensité de démarrage, Relais ampermétrique)
Relais ampermétrique KLIXON Déclenchement < 7 A
 
moteur-avec-relais-electromagnetique-2.png
L'intensité plus importante au démarrage dans la bobine de fonctionnement (principale) permet de fermer le contact du relais électromagnétique pour alimenter le condensateur et la bobine de démarrage. Lorsque le moteur atteint sa vitesse de fonctionnement l'intensité dans la bobine de fonctionnement n'est plus suffisante pour maintenir le relais électromagnétique fermé.
 
Le relais électromagnétique peut être utilisé pour remplacer un système de démarrage à coupleur centrifuge.
 
 
 
c) Branchement du moteur de machine à laver asynchrone monophasé 230V
 
Le moteur de machine à laver asynchrone monophasé 230V a généralement 2 vitesses:
Une vitesse de lavage : petite vitesse (PV) à 2 sens de rotation
Une vitesse d'essorage : grande vitesse (GV) à 1 sens de rotation
 

enroulements-de-machines-a-laver.png

 

 moteur-machine-a-laver-a-condensateurs-permanents.png

 
moteur-machine-a-laver-a-coupleur-centrifuge.png
Moteur de machine à laver avec coupleur centrifuge:
Au démarrage, le coupleur centrifuge a son contact fermé pour alimenter le condensateur et la bobine de démarrage de l'essorage. Lorsque le moteur atteint sa vitesse de fonctionnement, la force centrifuge du rotor fait s'écarter des masselottes qui ouvrent le contact du coupleur centrifuge pour désactiver le condensateur et la bobine de démarrage.

Le condo PV est permanent.

 
moteur-machine-a-laver-a-relais-eltromagnetique.png
Moteur de machine à laver avec relais électromagnétique:
L'intensité au démarrage dans la bobine d’essorage permet de fermer le contact du relais électromagnétique pour alimenter le condensateur et la bobine de démarrage. Lorsque le moteur atteint sa vitesse de fonctionnement l'intensité dans la bobine d'essorage n'est plus suffisante pour maintenir le relais électromagnétique fermé.

Le condo PV est permanent

 

 

d) Moteur asynchrone triphasé

d1) Le champ tournant du moteur asynchrone triphasé

eclate-moteur-asyn-tri.png

En triphasé, c'est le déphasage de 120° entre les trois tensions (phases) (fréquence constante du réseau électrique Français 50 Hertz) qui alimentent les trois bobinages également disposés à 120° qui est à l'origine du champ tournant.
 
 

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Le moteur asynchrone triphasé démarre seul, mais demande un courant de démarrage important à la mise sous tension.
 

 

d2) Branchement étoile Υ ou triangle du moteur asynchrone triphasé:

Le branchement étoile Υ ou triangle ∆ du Moteur asynchrone triphasé à pour but de mettre en série ou en paralléle les bobines d'un moteur pour choisir la tension d'utilisation.

 
d3) Branchement du moteur asynchrone triphasé étoile Y ou triangle ∆ d'aprés sa plaque signalétique:
 
Depuis 1992, pour réduire les pertes en ligne lors du transport d’électricité, EDF a augmenté la tension électrique qu'il délivre.
Le monophasé 220V= 230V
Le triphasé 380V= 400V
Ceci pour comprendre qu'un moteur 380 ou 400V triphasé sont les mêmes.

 

plaque-signaletique-moteur-asynchrone-triphase-3.png

Le premier chiffre de la plaque signalétique d'un moteur asynchrone triphasé indique la plus petite tension triphasé supportée par les bobinages lorsqu'ils sont branchés en triangle et le deuxième, la plus grande pour un branchement étoile.
 
230-400v-1.png
Moteur asynchrone triphasé à plaque signalétique 230/400V sur une réseau triphasé 400V, les bobines sont mises en série (étoile) pour "doubler" la tension triphasé supportée (230x√3≃400V), les deux bobines en série supportent une tension de 400V triphasé.

 

plaque-signaletique.png
Moteur asynchrone triphasé à plaque signalétique 400/660V sur un réseau triphasé 400V, les bobines sont mises en parralléle (triangle), car chaque bobine supporte une tension de 400V triphasé.

 

d4) Branchement marche avant, arrière ou arrêt (effet mémoire) du moteur asynchrone triphasé:
(Circuit de puissance et de commande)
 
 marhe-avant-arriere-arret-moteur-try-asyn-1.png

Pour inverser le sens de rotation d'un moteur asynchrone triphasé, il suffit d'inverser le branchement de deux phase.

 

dd) Transformer un moteur triphase en monophase
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Exemple de branchement proposé par Labobine
 
Calcul du condensateur :
 
C =I/(6,28.U.F.0,000001)
 
C = Condensateur en Microfarad µf
I = Intensité en A du moteur en 230 V tri
U = tension du secteur 230 V
F = fréquence du secteur 50 Hz
 
Ou
 
Multiplier la valeur de l'intensité en Ampère en 230v tri du moteur par 14 pour obtenir la valeur en Microfarad du condensateur.
 
 
Pour obtenir la valeur, prendre un ou plusieurs condensateurs permanents standard pour moteurs avec une tension mini de 450 V.
Lorsqu'il faut plusieurs condensateurs standard 450 V, ils seront alors montés en parallèle.
 
Exemple de calcul :
plaque-signaletique-d-un-moteur-asynchrone-triphase.png
plaque-signaletique-d-un-moteur-asynchrone-triphase
Caractéristiques moteur : avec U = 230 V, I=13,3 A, 0,75 kw, cos = 0,83, n =2800tm , f=50 H z
 
C = I/(6,28.U.F.0,000001) = 13,3÷(6,28×230×50×0,000001) = 184,1595126 µF
 
 Ou
 
par 14
C = Ix14 = 13,3×14 = 186,2 µF
 
 

Pour une valeur du condensateur 185 µF,  un condensateur standard 450V de 100 µF et un de 90 µF placés tous deux en parallèle suffisent.

 
Trés bonnes explications de Gérard LABOBINE suivre le lien (alors pourquoi refaire!!!).
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03 - transformer moteur triphase en monophase - Google Sites

 

 

e) moteur asynchrone en génératrice asynchrone ou la génératrice hypersynchrone

 
e1) le rotor de la génératrice asynchrone
 
 cage-d-ecureuil-1.png
Comme vue dans " a) Principe de fonctionement du moteur asynchrone ", le rotor du moteur asynchrone  est une cage d’écureuil, soit constituée de bobinages de cuivre en court-circuit, ou plus généralement une cage d'aluminium remplie de fer blanc.
Dans la cage d’écureuil du rotor du moteur asynchrone, l'aluminium ou le cuivre ne s'aimantent pas, ils sont amagnétique et le fer blanc reste aimanté seulement le temps ou il est soumit à un champs magnétique.
 
C'est l'induction (courants de FOUCAULT) du champ tournant du stator dans le rotor qui transforme le rotor en "électroaimant".
 
 
 
e2) Le rotor de la génératrice asynchrone est amagnétique
 
 generatrice-asynchrone.jpg
Génératrice asynchrone 1/2 hp monophase 110V entraînée en rotation par un moteur thermique utilisant un système d'oxydoréduction à l'échappement, pour produire à partir d'eau de l'hydrogène qui est injecté dans l'admission pour augmenter son rendement.
 
Simplement entraîner en rotation avec un autre système, le stator du moteur asynchrone ne produira pas d'électricité, puisque le rotor du moteur asynchrone n'émet pas de champs magnétiques.
 
Dans un moteur asynchrone, c'est le champs magnétique tournant du stator qui transforme le rotor en "électroaimant". Soit, pour que le rotor produise un champs magnétique, il faut que le stator soit électriquement alimenté.
 

 

e3) Amorçage de la génératrice asynchrone
 Pour qu'une génératrice asynchrone produise de l'électricité, il faut que le rotor ait un champs magnétique  et pour se faire, il est mis en "charge" par l'intermédiaire du stator. Cela s'appelle l'amorçage, il permet de créer la puissance réactive .
L'amorçage peut se faire directement par le réseau électrique ou hors réseau avec des condensateurs et  être fait manuellement ou automatiquement.
 
 
e31) Auto amorçage de la génératrice asynchrone par condensateurs pour une fréquence défini:
 
Les condensateurs doivent fournir une puissance réactive un peu supérieur à celle des bobines en pleine charge en fonction moteur.
(La puissance réactive représente la puissance engendrée par les éléments réactifs du circuit, qui sont des condensateurs (réactance capacitive) ou des bobines (réactance inductive). La puissance réactive ne consomme pas d'énergie, mais n'effectue aucun travail. Elle se mesure en voltampères réactifs (VARS).)
 
generatrice-asynchrone-autonome.png
 Génératrice asynchrone triphasé autonome à condensateurs en étoile
 
 
Calcul des condensateurs pour l'auto amorçage de la génératrice asynchrone :
- Condensateur pour un montage triangle (un seul enroulement):
C =          I phase    
        2π. f .V phase
 
- Montage étoile (deux enroulements), Il faut multiplier par 2 le condo pour un montage étoile, mais le rendement est meilleur:
C =        I phase   
     π. f .V phase
 
C= condensateur par phase en F (Farad), à réduire en uF.
π= Pi 3,14
f = fréquence en Hz (ex : 50 ou 60 Hertz)
V phase = V / 3 = en V (Volt)
I phase = Q phase / V phase = en A (Ampère)
 
Puissance réactive Q, puissance active P, puissance apparente S :
Puissance réactive en triphasé:
Q = (S² - P²) = √3.U.I.sin φ = P tan φ =en VAR (volt-ampère-réactif)
Q² =S² - P²
Q phase = Q / 3 = en VAR (volt-ampère-réactif)
 
Puissance apparente en triphasé :
S= 3.U.I = √(P²+Q²) = en VA (volt-ampère)
S² = P² + Q²
 
Puissance active en triphasé :
P = 3.U.I.cos φ = en W (Watts)
 
 
 
Exemple de calcul :
 
plaque-signaletique-d-un-moteur-asynchrone-triphase.png
Caractéristiques moteur : avec U = 400 V, I=1,9 A 0,75 kw, cos = 0,83, n =2800tm , f=50 H z
 
- Puissance apparente en triphasé : S= 3.U.I = √3 x 400 x 1,9 =1316 VA
- Puissance active en triphasé :P = 3.U.I.cos φ = √3 x 400 x 1,9 x 0,83 = 1092 W
- Puissance réactive en triphasé: Q = (S² – P²) = (1316² - 1092²) = 734,4 VAR
- Q phase = Q / 3 = 734,4 / 3 = 244,8 VAR
- V phase = V / 3 = 400/ 3 =231 V
- I phase = Q phase / V phase = 244,8 / 231 = 1,06 A
 
- Montage triangle :
C = I phase / (2π. f .V phase) = 1,06 / ( 2π x 50 x 231) = 0,000014611 F = 15 uF
 
- Montage étoile :
C = I phase / (π. f .V phase) = 1,06 / ( π x 50 x 231) = 0,000029222 F = 30 uF
Les condensateurs en montage étoile seront deux fois plus importants, mais le rendement de la génératrice est généralement meilleur .
 
 
 
 

e32) Auto amorçage de la génératrice asynchrone par aimant :

 Aimant asynchrone

 Aimant asynchrone 1

 Aimant asynchrone 3
Le champs magnétique pour amorcer la génératrice asynchrone et créé la réactance du rotor peut être réalisée par l'installation d'aimant sur le rotor.
 
Principaux problème de l'installation d'aimant sur le rotor d'une génératrice asynchrone :
 
- Trouver les bons aimants et le prix des aimants.
- Le Nombre d'aimants.
- La mise en place de aimants et comment les faire tenir en place.
- L'équilibrage du rotor avec les aimants qui doit obligatoirement être parfait.

 

e33) Génératrice asynchrone triphasé raccordée à un réseau électrique triphasé

generatrice-asynchrone-raccordee-au-reseau-triphase.png

La génératrice asynchrone est branchée au réseau public et est en fonction moteur. Elle tourne à sa vitesse de fonctionnement normal.
Lorsque la source d’entraînement de la génératrice asynchrone ( exemple moteur thermique, éolienne…) va la faire tourner à la vitesse de synchronisme plus la vitesse de glissement (l'hypersynchronisme). Alors la génératrice asynchrone va produire de l'électricité qui sera injectée dans le réseau.
 
A cette étape la génératrice asynchrone peut alors aussi être déconnecté du réseau public et alimenté un réseau électrique indépendant.
 
 
 
e4) Production électrique d'une génératrice asynchrone à une fréquence de 50 Hz
La génératrice asynchrone doit produire de l'électricité lorsque le rotor est amorçé pour créer une puissance réactive et que le rotor a une vitesse de rotation corespondant à la vitesse de synchronisme plus la vitesse de glissement.
 
 Pour une fréquence de 50 Hz,
vitesse-de-synchronisation-du-moteur-asynchrone.png
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
- La vitesse de synchronisation d'un moteur asynchrone, c'est la fréquence diviser par le nombre de paire de pôles: V(tr/s)= F/Pp (Une paire de pôles = 1 pôle sud et un pôle nord)
 
- La vitesse de glissement d'un moteur asynchrone, c'est la vitesse de synchronisation moins la vitesse de fonctionnement normal du moteur asynchrone.
 
 
Calcule de l'hypersynchronisme: vitesse de rotation de la génératrice asynchrone
 
plaque-signaletique-d-un-moteur-asynchrone-triphase.png
Plaque signalétique d'un moteur asynchrone triphasé
 
la vitesse de fonctionnement de ce moteur asynchrone triphasé à une paire de pôles avec la fréquence du réseau de 50Hz est 2800 tr/min, sa vitesse de synchronisme est 3000tr/min.
 
Calcule de la vitesse de rotation (hypersynchronisme) nécessaire de ce moteur en fonction génératrice pour une fréquence de 50Hz:
vitesse de synchronisme plus la vitesse de glissement
3000+(3000-2800)=3200
Ce moteur doit tourner à 3200 tr/min en fonction génératrice pour produire de l'électricité à une fréquence de 50Hz.
 
Problème de la Génératrice asynchrone relié au réseau 50Hz
Pour relier une génératrice asynchrone au réseau, la fréquence de la génératrice doit impérativement resté constante à 50Hz, ce qui restreint fortement la plage de vitesse possible du rotor. A 50Hz, la génératrice asynchrone doit fonctionner à partir d'une vitesse seuil et ne pas produit au de-là d'une vitesse limite.
 
Pour augmenter la plage des vitesses d'utilisation d'une génératrice asynchrone relié au réseau 50Hz, il peut être utilisé :
-Des machines asynchrones avec un double bobinage, ayant un nombre de paires de pôles différents pour chaque bobinage, à l'image des moteurs asynchrones à deux vitesses de machine à laver.
- Plusieurs génératrices asynchrones, avec un nombre de paires de pôles différents pour chaque génératrices.
- utilisation d'une boite de vitesse.
- Un onduleur adapté.
 

 

e5) Génératrice asynchrone autonome (non reliée au réseau)
La génératrice asynchrone autonome, une fois amorcée, peut produire de l'électricité à n'importe qu'elle vitesse de rotation jusqu'à celle de saturation imposée par les matériaux qui composent la génératrice. Mais la fréquence, l'intensité et la tension vont varier en fonction de la vitesse de rotation, puisque la vitesse de synchronisme et la vitesse de glissement dépendent de la fréquence du courant et du nombre de pôle.

 

 

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