Qu’est-ce qu’un moteur AC ?
Un moteur AC est un moteur électrique alimenté par une source de courant alternatif.
CA signifie courant alternatif, c’est-à-dire un courant dont la fréquence passe de positive à négative au fil du temps. Une source d’énergie qui produit un tel courant est appelée source d’énergie à courant alternatif.
Les moteurs AC sont principalement composés d’un stator et d’un rotor :
- Stator : bobine enroulée sur une plaque d’acier électromagnétique.
- Rotor : un noyau de rotor en tôle d’acier électromagnétique avec un conducteur en forme de cage en aluminium et des bobines.
Les moteurs électriques alimentés par une source de courant continu sont appelés moteurs à courant continu ou moteurs DC (anglais : direct current motor).
Utilisations des moteurs AC
Les moteurs AC sont utilisés pour faire tourner des équipements tels que des pompes, ainsi que des convoyeurs, des rouleaux et des ventilateurs pour le transport dans les usines. Ils sont utilisés en reliant l’équipement à faire tourner et l’arbre de sortie du rotor à l’aide d’un dispositif appelé accouplement.
Les moteurs AC sont largement utilisés parce qu’ils sont plus faciles à entretenir que les moteurs DC, qui sont alimentés par une source de courant continu et n’ont pas de balais qui s’usent.
À l’origine, les moteurs à courant continu étaient considérés comme plus faciles à manipuler pour un fonctionnement à vitesse contrôlée. Dorénavant, les moteurs AC peuvent également être contrôlés en vitesse en général et sont de plus en plus utilisés.
Principe des moteurs AC
Dans les moteurs AC, une alimentation en courant alternatif triphasé, déphasé de 120°, est fournie à la bobine du stator. Le courant circulant dans la bobine transforme la plaque d’acier électromagnétique en électro-aimant, formant un champ magnétique dans le moteur. La polarité de l’électro-aimant est déterminée par la loi du fil de droite.
Comme l’alimentation en courant alternatif est déphasée dans le temps, la direction du champ magnétique tourne avec le temps.
Le champ magnétique tournant produit des courants de Foucault dans le rotor, et les courants de Foucault et le champ magnétique génèrent une force de rotation, entraînant la rotation du rotor. Le sens de la force de rotation est déterminé par la règle de Fleming.
Ce principe de rotation est le même que celui du disque d’Arago.
Le nombre de pôles du stator est appelé nombre de pôles, par exemple 2 pôles ou 4 pôles. La vitesse du champ magnétique tournant Ns est déterminée par le nombre de pôles p et la fréquence f de l’alimentation électrique et peut être calculée comme Ns = 120 f/p.
La vitesse N du rotor dépend du type de moteurs* AC décrit ci-dessous, mais les moteurs à induction tournent à une vitesse légèrement inférieure à celle du champ magnétique rotatif. La différence de vitesse entre le champ magnétique tournant et le rotor est exprimée par N=120f(1-s)/p en utilisant le paramètre s, appelé “glissement”.
Types de moteurs AC
Ils sont divisés en deux grandes catégories : les moteurs synchrones et les moteurs à induction, mais ils peuvent également être classés en fonction du type de source d’alimentation en courant alternatif.
- Moteurs à courant alternatif monophasés
Alimentés par un courant alternatif de 100 V tel qu’il est distribué dans les ménages. Les moteurs utilisés dans les appareils ménagers, tels que les moteurs de machines à laver, sont classés dans cette catégorie. - Moteurs à courant alternatif triphasé
Les moteurs des pompes et des convoyeurs fonctionnant sur une alimentation triphasée, tels que ceux distribués dans les usines, font partie de cette catégorie. Au Japon, le courant alternatif 200 V est le principal type de moteur.
Les moteurs AC peuvent également être alimentés par des sources de courant continu. Dans ce cas, un onduleur qui convertit le courant continu en courant alternatif triphasé est utilisé conjointement.
1. Moteurs synchrones
Les moteurs synchrones sont des moteurs dans lesquels il n’y a pas de glissement, ou synchronisation, entre le champ magnétique tournant et le rotor, la vitesse de rotation étant déterminée par le nombre de pôles du moteur et la fréquence de l’alimentation électrique.
Les moteurs synchrones sont divisés en plusieurs types en fonction de la construction du rotor, mais le type à aimant permanent, qui est relativement courant, est expliqué ici.
Les moteurs synchrones à aimants permanents ont des aimants dans le noyau du rotor et tournent lorsque le champ magnétique des aimants se synchronise avec le champ magnétique rotatif de l’alimentation électrique.
Les aimants fixés à la surface du noyau du rotor sont appelés aimants permanents de surface (SPM), tandis que ceux qui sont intégrés dans le noyau du rotor sont appelés aimants permanents intérieurs (IPM).
2. Moteurs à induction
Les moteurs à induction sont également appelés moteurs asynchrones.
Les moteurs à induction se caractérisent par une vitesse de rotation du rotor légèrement inférieure à celle des moteurs synchrones. La vitesse de l’alimentation électrique et la vitesse du rotor sont asynchrones.
Les moteurs à induction sont généralement constitués d’aluminium ou d’autres conducteurs en forme de cage, comme le montre la figure.
Le champ magnétique rotatif de l’alimentation en courant alternatif génère un courant induit dans le conducteur en forme de cage selon le principe de l’induction électromagnétique. La loi de Fleming stipule qu’une force est générée par l’action du courant et du champ magnétique. Cette force fait tourner le moteur AC et déplace la machine reliée à l’arbre de sortie.