Machine électrique
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Une machine électrique est une machine permettant la conversion d'énergie électrique en travail ou énergie mécanique :
- Produit d'un couple par un déplacement angulaire pour les moteurs rotatifs,
- Produit d'une force par un déplacement linéaire pour les moteurs linéaires.
Sommaire |
Machines tournantes
Généralités sur les machines électriques
Machine à courant continu
Voir l'article de fond Machine à courant continu.
Un des premiers moteurs électromagnétiques a été fabriqué par Michael Faraday en 1821.
- Il était composé d'un fil électrique dans un récipient de mercure. Un aimant permanent était placé au milieu du récipient.
- Quand le courant passait à travers le fil électrique, le fil tournait autour de l'aimant, montrant que le courant génère un champ magnétique autour du fil électrique.
- Ce moteur rudimentaire est toujours utilisé pour des démonstrations dans les classes de physique, mais il utilise du mercure qui peut être très toxique .
Moteur à Courant Continu : Animation [1]
Machines à courant alternatif
Les machines à courant alternatif sont reliées au réseau de distribution soit en monophasé soit en triphasé.
Pour des applications de forte puissance, les moteurs alternatifs doivent être alimentés par des systèmes de courants polyphasés. Le système le plus fréquemment utilisé est alors le triphasé (c'est celui qui est utilisé par les distributeurs d'électricité)
Ils se déclinent en deux types de moteurs : les moteurs asynchrones et les moteurs synchrones. Ces deux machines ne diffèrent que par leurs rotors.
Les moteurs universels
Ce sont des machines à courant continu de type « série » avec un stator feuilleté afin d'éviter que le courant statorique alternatif n'y induise trop de courant de Foucault. Ils sont utilisés dans des dispositifs exigeant un couple assez fort, tel que les robots de cuisine, l'outillage électroportatif de faible puissance (jusqu'à 1200 W) ou encore les aspirateurs. La vitesse de ces moteurs peut être facilement réglée par un dispositif peu couteux tel que le gradateur (le même variateur qui sert à régler l'intensité lumineuse des luminaires)...
Les machines synchrones
Voir l'article de fond : machine synchrone
La machine synchone est généralement utilisée en génératrice. On l'appelle alors alternateur. Mis à part pour la réalisation de groupe électrogène de faible puissance, cette machine est généralement triphasée. Pour la production d'énergie électrique, les centrales nucléaires font appel aux alternateurs. Les puissances avoisinent les 1500 MW.
Comme le nom l'indique, la vitesse de ces machines est toujours proportionnelle à la fréquence des courants qui la traversent.
Ce type de machine peut-être utilisé pour relever le facteur de puissance d'une installation. On appelle ceci: Compensateur synchrone.
Les machines synchrones sont également utilisées dans les systèmes de traction. Le TGV Atlantique en est un exemple. Ces machines sont associées à des onduleurs de courants. Avec ce type machine, on fixe le couple moteur moyen toujours constant, et avec un minimum de courant. On parle d'autopilotage (asservissement des courants statoriques par rapport à la position du rotor).
Moteur synchrone [2]
Les moteurs DC Brushless
Les machines asynchrones
Voir l'article de fond : machine asynchrone
Inventée par Tesla, la machine asynchrone (ou machine à induction, mais ce terme est plus « anglo-saxon ») est la machine électrique la plus répandue car c'est actuellement celle qui offre le meilleur rapport qualité prix.
Comme le nom l'indique, la vitesse de ces machines n'est pas proportionnelle à la fréquence des courants qui la traversent.
Ces machines étaient généralement utilisées en moteur mais, grâce aux progrès de l'électronique de puissance, il est de plus en plus fréquent qu'elles soient utilisées en génératrice.
Pour fonctionner en courant monophasé, elle nécessite un système de démarrage. Pour des applications de forte puissance, les moteurs asynchrones sont alimentés par des systèmes de courants triphasés
Les machines autosynchrones
Voir l'article de fond : machine autosynchrone.
Le rotor finit par tourner à même vitesse que le champs magnétique.
Caractéristiques communes des machines à courant alternatif
Excepté pour le moteur universel, la vitesse des machines à courant alternatif est généralement liées à la fréquence des courants qui traversent la machine.
ll existe aussi un grand nombre de moteurs hybrides de toute sorte (par exemple « asynchrone synchronisé » dans les pompes de lave-vaisselle) et aussi que parfois, dans les appareils alimentés en alternatif, on utilise des petits moteurs à courant continu alimentés à travers un redresseur à diode (sèche cheveux, ...).
Moteurs pas à pas
Un autre genre de moteur électrique est le moteur pas à pas, où un rotor interne contenant les aimants permanents est commandé par un ensemble d'aimants externes qui sont commutés électroniquement. L'allumage ou non de chacun définit une position angulaire différente. (L'enchaînement permet le mouvement.) Les moteurs pas à pas simples ont un nombre limité de positions, mais les moteurs pas à pas à commande proportionnelle (on alimente plus ou moins chaque bobine) peuvent être extrêmement précis. On parle alors de "demi-pas" puisque le moteur peut s'équilibrer entre deux pas.
Ces moteurs commandés par ordinateur sont une des formes les plus souples de systèmes de positionnement, en particulier dans les pièces des systèmes servocommandés numériques, comme les moteurs de positionnement des têtes de lecture des disques.
Principe de fonctionnement [3]
Type de moteur pas à pas [4]
Moteurs Linéaires
Un moteur linéaire est essentiellement un moteur électrique qui « a été déroulé » de sorte qu'au lieu de produire un couple (rotation), il produise une force linéaire sur sa longueur en installant un champ électromagnétique de déplacement. Ils se divisent en ceux à accélération faible utilisés dans le transport aussi bien le Transrapid que le SkyTrain, et ceux à accélération rapide dans les armes comme le canon magnétique et les engins spatiaux.
