LES MOTEURS SPECIAUX 1-Les moteurs universels : Le moteur universel est un moteur de constitution identique à celle d un moteur à courant continu à excitation série. Il tient son nom di fait qu il peut être indifféremment alimenté en continu ou en alternatif. Pour limiter les pertes qui apparaissent dans les parties métalliques soumises à un champ variable, les circuits magnétiques stator et rotor sont feuilletés. Constitution : Principe de fonctionnement : A chaque alternance, les sens de circulation du courant dans l induit (rotor) et l inducteur (stator) s inversent simultanément. La force exercée garde le même sens (règle de la main droite). Pour inverser le sens de rotation d un moteur universel, il suffit d inverser le sens de circulation du courant dans l induit, en conservant le sens de circulation dans l inducteur. Utilisation : Les moteurs universels sont utilisés pour des applications nécessitant une puissance inférieure à 2KW comme les outillages électroportatifs (perceuse,.) et les appareils électroménagers (lave-linge, aspirateurs, robot ). Il est possible de faire varier facilement la vitesse grâce à un dispositif peu couteux : le gradateur.
2-Le moteur asynchrone monophasé : Le MAS monophasé est utilisé pour résoudre les problèmes d entraînement dans les installations électriques des habitations, du commerce et de l artisanat alimentées en 230V alternatif. Dans l industrie, on utilise dans les applications de petite puissance (P<1.5kW). Constitution : Un moteur asynchrone monophasé comporte : -un stator constitué d un seul enroulement (scindé en 2 et monté en quadrature) et non de 3 comme le moteur triphasé -un rotor à cage d écureuil. Principe de fonctionnement : Une bobine monophasée crée un champ magnétique pulsant qui peut se décomposer en 2 champs tournants opposés. Le moteur ne peut pas démarrer car chaque champ exerce un couple identique opposé. Pour résoudre ce problème, il existe plusieurs solutions : -lancer le moteur à la main pour qu il s accroche à l un des champs et continue de tourner (peu pratique) -créer pendant la phase de démarrage, un champ magnétique supplémentaire décalé. Avec un enroulement auxiliaire associé à un condensateur en série Avec une bague de déphasage embrassant le circuit magnétique Principaux types de moteurs asynchrones monophasés :
Inversion du sens de rotation : Les moteurs asynchrones monophasés peuvent être constitués : -de 2 enroulements identiques (P1 et P2) ; -d un enroulement principal (PP) et d un enroulement auxiliaire (PA). Pour les moteurs à bagues, pas de possibilité d inversion. Schéma de puissance : moteur monophasé à condensateur permanent et enroulements identiques
3-Les moteurs triphasés alimentés en monophasé : Un moteur triphasé de faible puissance (4kW maximum, 230/400V) peut être utilisé en monophasé 230V. Pour cela, il suffit d insérer un condensateur entre la phase et la borne libre (8.2µF/100W de puissance). L inversion de sens de rotation se fait en changeant la borne d arrivée de la phase. Le moteur est couplé en triangle pour que la tension nominale soit appliquée aux bornes de chaque enroulement. Ce montage entraîne une perte des performances du moteur d environ 30%. 4-Les moteurs asynchrones triphasés à 2 vitesses : 4.1. Les moteurs à enroulements séparés : Le moteur à enroulements séparés comporte 2 bobinages statoriques électriquement distincts. Cette technique permet d obtenir 2 vitesses de rotation différentes dans un rapport quelconque. 4.2.Les moteurs asynchrones à couplage Dahlander : Le moteur asynchrone à couplage Dahlander comporte 3 bobinages statoriques divisés en demienroulements. Le couplage des demi-enroulements permet de modifier le nombre de paires de pôle du
moteur. Ce principe autorise uniquement des vitesse N et N/2.
5-Les machines synchrones : On appelle machine synchrone une machine dont le rotor tourne à la vitesse du champ tournant avec un écart angulaire variant selon la charges. Une machine synchrone peut fonctionner : En générateur électrique (alternateur) En moteur électrique (moteur synchrone) Elle est constituée : D un stator, analogue au moteur asynchrone, qui se compose de tôle d acier au sillicium et d un bobinage triphasé D un rotor constitué de pôles nord et sud intercalés. Ces pôles peuvent être : o Saillants (réalisés par des aimants permanents ou par des épanouissements polaires entourés de bobines d excitation alimentées en courant continu) o Lisses ou bobinés (réalisés par des bobinages placés dans les encoches) 5.1.Les alternateurs : Un alternateur est entraîné en rotation par une turbine, par les pales d une éolienne ou par un moteur thermique (groupe électrogène). La rotation du rotor, constitué de pôles nord et sud, crée un champ tournant. Ce champ induit une tension sinusoïdale dans les enroulements statoriques : La fréquence dépend de la vitesse de rotation L amplitude dépend de la valeur du champ tournant. Couplage des alternateurs sur le réseau : Pour être raccordés au réseau, les alternateurs doivent être couplés en parallèle (centrales de production, utilisation de plusieurs groupes électrogènes ). Pour réaliser ces couplages, il faut : L égalité des valeurs efficaces des tensions
L égalité des fréquences Les tensions en phase, déphasage nul entre elles. L opération de couplage est délicate, elle est réalisée automatiquement à l aide d un synchro-coupleur. Pour ajuster la tension de sortie de l alternateur, le synchro-coupleur agit : Sur la vitesse de rotation pour régler la fréquence Sur l excitation pour régler la valeur efficace. Exemple de couplage automatique pour synchro-coupleur : 5.2.Le moteur synchrone : Le moteur synchrone a une construction analogue à celle d un alternateur. Les enroulements du stator alimentés par le réseau créent un champ magnétique tournant. Les pôles magnétiques du rotor sont entraînés et tournent à la même vitesse que le champ tournant : la vitesse de synchronisme (d où le nom du moteur). 5.3.Le moteur brushless : Le moteur brushless est un moteur synchrone à aimants permanents équipé d un capteur mesurant la position angulaire des pôles du rotor. Il est toujours associé à un convertisseur de tension. Il se comporte alors comme un moteur à courant continu sans balai d où son nom anglais (brushless).
Le capteur (résolveur ou codeur) détecte la position du rotor et permet au convertisseur de maintenir égal à 90 l angle de déphasage entre le champ tournant statorique et le champ rotorique pour avoir toujours un couple moteur maximal. L onduleur délivre des créneaux de tension alternatifs (moteur brushless DC) ou de la MLI (moteur brushless AC). Comparaison moteur brushless/moteur à courant continu : Dans un moteur brushless, ce sont les aimants qui tournent, les bobinages sont fixes. Il existe 2 types de moteur brushless : Exemple d utilisation des moteurs brushless : Caractéristiques de couple : Les moteurs brushless à aimants permanents offrent une densité de puissance et une dynamique de vitesse élevées. Ils supportent une grande capacité de surcharge. Leur zone de travail doit se situer dans la partie où le couple reste fort quelle que soit la variation de la vitesse.
5.4.La machine synchrone autopilotée : La machine synchrone autopilotée repose sur un principe identique à celui du moteur brushless mais avec un convertisseur fonctionnant en onduleur de courant, ce qui permet de commander des puissances importantes. Les progrès techniques permettent désormais de réaliser l autopilotage des machines synchrones à aimant permanents. Elles ont une puissance massique (rapport puissance/poids) plus importante. Les machines synchrones autopilotées sont utilisées pour la propulsion de bateaux, les pompes, compresseurs, centrifugeuses, mélangeuses, la traction (TGV, tramways ).