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Connaître les différents types de moteurs électriques n’est jamais sans avantage en raison de l’utilisation généralisée des moteurs des applications domestiques aux applications industrielles. Si vous possédez un système de climatisation à la maison ou utilisez un compresseur d’air dans une usine industrielle, vous utilisez des moteurs électriques. Par conséquent, si vous connaissez les différents types de moteurs électriques, vous pouvez mieux comprendre le système que vous possédez et mieux contrôler son fonctionnement.

Chez Linquip, nous avons fourni une plate-forme pratique pour vous permettre de trouver le type de moteurs électriques dont vous avez besoin pour votre application. En outre, dans cet article, nous essayons de démystifier différents types de moteurs électriques pour votre référence. Alors, restez à l’écoute!

Que Sont Les Moteurs Électriques?

Avant de connaître les différents types de moteurs électriques, il est préférable de commencer par la question « qu’est-ce qu’un moteur électrique »? Eh bien, la réponse la plus courte est que le moteur électrique ou simplement le moteur est un dispositif électromécanique qui reçoit de l’énergie électrique et la convertit en mouvement ou en énergie mécanique.

Ce mouvement est principalement de forme rotative. Le flux de courant électrique induit un champ magnétique, et ce qui se passe dans un moteur électrique est de produire un mouvement de rotation perpendiculaire à la direction du courant et du champ magnétique.

Applications des moteurs électriques

Les moteurs électriques peuvent être utilisés pour des applications domestiques, par exemple dans des appareils électriques tels que climatiseurs, aspirateurs, ventilateurs, robots culinaires, etc. qui utilisent tous la force de rotation des moteurs électriques à leur manière, ou même dans des jouets tels que des voitures miniatures ou des modèles réduits d’avions télécommandés ou contrôlés par des applications.

En parlant de modèles de véhicules électriques, les versions plus grandes et plus complexes de moteurs électriques peuvent être trouvées dans des voitures et des avions électriques de taille réelle (eh bien, ces avions sont encore à l’étude pour être disponibles dans le commerce).

Enfin et surtout, certains types de moteurs électriques sont largement utilisés pour des applications industrielles telles que les compresseurs de gaz industriels, les pompes, les véhicules de levage, les mélangeurs, etc.

Méthodes de classification des moteurs électriques

Différents types de moteurs électriques peuvent être classés de différentes manières. Une méthode de classification serait basée sur leurs enceintes. Nous avons des moteurs ouverts anti-goutte (ODP) adaptés aux applications propres, sèches et intérieures, dont la version améliorée est les moteurs protégés contre les intempéries avec configuration de boîtier WP1 ou WP2. Nous avons également des configurations de boîtiers Totalement Fermées Refroidies par ventilateur (TEFC), Totalement Fermées Par Air (TEAO), Totalement Fermées par Ventilation Forcée (TEFV) et Totalement Fermées Non Ventilées (TENV) pour différents types de moteurs électriques. Il existe également des moteurs antidéflagrants (Ex) utilisés dans des zones dangereuses avec un risque d’explosion en raison de la présence de certains fluides explosifs, de poussières, etc. dans la région.

Néanmoins, les moteurs électriques sont généralement classés en fonction de leur source d’énergie. Il existe des moteurs à courant alternatif ou à courant alternatif dans lesquels le courant change de direction à une certaine fréquence. Il existe également des moteurs à courant continu ou à courant continu qui sont largement utilisés dans les applications à petite échelle en raison de leur contrôle facile de la vitesse.

Les moteurs à courant alternatif sont en outre classés en monophasé et triphasé. Le moteur monophasé peut atteindre une puissance d’environ 3 KW fournie à partir d’une alimentation monophasée, ce qui est le cas pour les applications domestiques et commerciales. Le moteur triphasé, en revanche, peut produire une puissance allant jusqu’à environ 300 KW. Ces moteurs sont le choix parfait pour les applications industrielles.

Moteurs à courant alternatif

Comme il a été mentionné précédemment, le moteur à courant alternatif est l’un des types de moteurs électriques qui utilisent le courant dans un sens alternatif. Ces moteurs ne sont pas aussi faciles à contrôler que ceux à courant continu; cependant, avec un peu de pénalité de puissance, on peut utiliser des moteurs à courant alternatif avec des variateurs de fréquence pour avoir un meilleur contrôle de la vitesse.

Il existe deux types de moteurs à courant alternatif largement utilisés et un autre type moins courant:

• Moteurs à induction (asynchrones)

Le moteur à induction ou asynchrone est un mécanisme qui ne fonctionne jamais à vitesse synchrone. Ce moteur convertit l’énergie électrique en puissance mécanique en utilisant les phénomènes d’induction électromagnétique. Dans ces types de moteurs électriques, le champ magnétique tourne dans les stators qui induisent un courant dans le rotor entraînant la rotation du moteur. La rotation du rotor étant induite par un champ magnétique extérieur à celui-ci, ces moteurs sont excités extérieurement. Il existe deux types de moteurs à induction basés sur la structure du rotor: les moteurs à induction à cage d’écureuil et les moteurs à induction à enroulement de phase.

• Moteurs synchrones

Ce qui se passe dans les types de moteurs électriques synchrones est une application directe du champ magnétique sur les enroulements du rotor, ce qui présente ses propres inconvénients et avantages. De tels moteurs à excitation interne nécessitent des exigences de protection et de contrôle différentes de celles des moteurs asynchrones.

• Moteurs linéaires

Il existe également des types linéaires de moteurs électriques dans lesquels le stator et le rotor ne sont pas roulés et produisent donc une force linéaire au lieu d’un couple. Ce type de moteur se trouve couramment dans les portes coulissantes et les actionneurs.

Moteur à induction

Le moteur à induction est l’un des types de moteurs électriques qui est probablement le plus utilisé pour les applications industrielles. Le stator est magnétisé du fait de sa connexion au réseau électrique, puis le champ magnétique induit une tension et donc un courant dans les enroulements du rotor, puis le courant induit dans le rotor produit un autre champ magnétique, puis l’interaction entre ces deux champs magnétiques produit la force ou le couple de rotation qui entraîne l’arbre du moteur.

Ces moteurs ont une conception très simple et une construction robuste avec un prix bas et un entretien facile. Ils viennent également dans une large gamme de puissances nominales sont comme déjà dit les types de moteurs électriques les plus utilisés. Néanmoins, le contrôle de la vitesse n’est pas facile sans un entraînement à fréquence variable qui fait tourner le moteur avec un facteur de puissance en retard.

Le moteur à induction est disponible en deux types différents de moteur à induction à rotor à cage d’écureuil et de moteur à induction à rotor enroulé, comme mentionné précédemment. Chacun de ces moteurs peut également être monophasé ou triphasé. Les moteurs à induction monophasés sont le type de moteurs à induction le moins utilisé dans l’industrie. Il est rapporté que le moteur à induction triphasé est l’un des types de moteurs électriques qui se sont approprié environ 70% de la part de marché des moteurs à induction industriels.

Le moteur à rotor enroulé ou le moteur à bague collectrice a plus de tours d’enroulement, ce qui signifie qu’il a une tension induite plus élevée et abaisse le courant que le moteur à induction à cage d’écureuil. Ils pourraient également produire plus de couple de démarrage. D’autre part, ils sont plus compliqués à fabriquer en raison de leur nombre supplémentaire de composants par rapport aux moteurs à induction à cage d’écureuil, ce qui augmente considérablement leur coût unitaire ainsi que leurs coûts de maintenance.

• Le moteur à induction à rotor à cage d’écureuil est constitué de barres conductrices disposées en parallèle, qui sont court-circuitées aux deux extrémités par des anneaux de court-circuit.
  • Les moteurs à induction à cage d’écureuil monophasés ont un enroulement de stator, et il y a toujours un autre dispositif permettant au moteur de démarrer. Ils sont parfaits pour les applications qui ne nécessitent que quelques puissances de cheval, comme pour les appareils ménagers. Jusqu’à présent, ils ont en fait été les plus largement utilisés pour les appareils ménagers.
  • Les moteurs à induction triphasés à cage d’écureuil peuvent supporter des demandes de puissance élevées; leur puissance nominale pourrait aller de très peu à des centaines de chevaux. Ils s’auto-démarrent également. Près de 90% des moteurs à induction triphasés utilisés dans l’industrie, tels que les pompes, les compresseurs et les ventilateurs, sont du type à cage d’écureuil.

• Le moteur à induction à rotor enroulé a un enroulement réparti à double couche. La raison du nom est que le rotor de ces types de moteurs électriques est enroulé sur autant de pôles que le stator. En raison de leurs coûts plus élevés, les moteurs à rotor enroulé sont pris en compte dans les situations où un couple de démarrage élevé est requis.
  • Les moteurs monophasés à rotor enroulé conviennent à des puissances nominales plutôt supérieures à celles de leurs homologues à cage d’écureuil. Ils peuvent démarrer assez confortablement et accélérer très bien. Certaines machines plus grandes que les appareils ménagers pourraient utiliser ces types de moteurs électriques tels que l’agriculture, les petits compresseurs d’air, les mines, etc.
  • Les moteurs à rotor bobiné triphasé ne prennent que 10% des types de moteurs à induction triphasés vus dans l’industrie, mais ont les bonnes caractéristiques de leurs frères à cage d’écureuil.

voir ici pour une vidéo sur le fonctionnement du moteur à induction.

Moteurs synchrones

Contrairement aux moteurs à induction, les moteurs synchrones ne sont fondamentalement pas auto-démarreurs, malgré certaines configurations auto-excitantes que l’on peut trouver pour certaines applications de petite taille. La production du champ magnétique du rotor pour ces types de moteurs électriques ne dépend pas du courant, et la vitesse de rotation d’un moteur synchrone est indexée sur la fréquence de la ligne. En d’autres termes, la rotation de l’arbre pour les types de moteurs électriques synchrones est à une vitesse synchronisée avec la fréquence du courant d’alimentation.

Ce qui les rend intéressants pour les tailles industrielles avec des exigences de puissance plus élevées, c’est leur grande efficacité de transformation du courant alternatif en travail et leur capacité de correction du facteur de puissance. Cela signifie qu’ils peuvent fonctionner à un facteur de puissance unitaire qui suggère une puissance réelle égale de la charge à la puissance apparente du circuit.

Les moteurs à courant alternatif synchrones sont de deux types: non excités et excités en courant continu. Les types de moteurs électriques synchrones non excités sont en outre classés en trois catégories: les types à aimant permanent, à réluctance et à hystérésis.

Moteurs synchrones non excités

Les moteurs électriques synchrones non excités sont conçus de manière à ce que leur rotor suive le champ de rotation synchronisé à différentes étapes, ce qui produirait un champ constant. Lorsque le rotor des moteurs synchrones non excités tourne, il interagit avec le stator. L’interaction entre les pôles de champ du stator et le rotor fait que le rotor devient électromagnétique avec les pôles nord et sud. Le rotor de ces types de moteurs électriques a une haute rétentivité, ce qui signifie qu’il a une forte capacité à retenir ou à résister à l’aimantation.

Comme déjà mentionné, il existe trois types de moteurs synchrones non excités, à savoir les moteurs synchrones à aimant permanent, à réluctance et à hystérésis. Discutons-en plus dans ce qui suit.

Aimant permanent

Dans les moteurs électriques synchrones à aimants permanents, le rotor en acier est fixé à un aimant permanent tel qu’un aimant en néodyme qui fournit le champ magnétique continu ininterrompu. Ceci est réalisé par l’interaction du rotor avec le champ de rotation produit par le stator auquel est connectée l’alimentation en courant alternatif. Le permanent du rotor est verrouillé au champ de rotation du stator, ce qui induit une vitesse de rotation synchrone pour le rotor. Cette conception est similaire aux moteurs à courant continu sans balais qui seront discutés plus tard.

Pour démarrer ces types de moteurs électriques, vous devez disposer d’une source à fréquence variable car le rotor de cette conception est un aimant permanent produisant un champ magnétique constant. Le contrôle de la vitesse se fait à l’aide d’un contrôle direct du couple et d’un contrôle orienté champ.

Réluctance

Le rotor des moteurs électriques de type synchrone à réluctance, qui ne comportent pas d’enroulements, est en matériau ferromagnétique sur lequel sont induits des pôles magnétiques non permanents. La raison du nom est qu’il génère un couple à l’aide d’une réluctance magnétique, c’est-à-dire qui est une mesure de la résistance ou de l’opposition du matériau au flux magnétique.

Le nombre de pôles de rotor des moteurs synchrones à réluctance est égal au nombre de pôles de stator. Le nombre de pôles est toujours pair et généralement égal à quatre ou six. Le nombre de pôles de rotor est cependant inférieur au nombre de pôles de stator pour éviter l’ondulation du couple. L’ondulation de couple est une augmentation et une diminution périodiques du couple produit par l’arbre du moteur, ce qui n’est pas une chose favorable.

Lorsqu’un rotor de stator est excité, un couple est exercé sur le rotor dans le sens de la réduction de la réluctance magnétique. Ce couple tirera la traction du rotor la plus proche de sorte qu’elle soit alignée avec le champ du stator jusqu’à une position de moindre réluctance. Par conséquent, pour maintenir la rotation, le pôle de stator doit continuer à s’échapper du pôle de rotor en tournant en avance sur les pôles de rotor.

Hystérésis

Pour les moteurs synchrones à hystérésis, lorsque le champ magnétique du stator tourne, le rotor subit un champ magnétique inverse. La raison de ce phénomène est que le rotor cylindrique de ces types de moteurs électriques est en matériau à haute coercivité. Cela signifie qu’une fois que le rotor est magnétisé dans une certaine direction, vous ne pouvez pas facilement inverser sa direction sans appliquer un grand champ magnétique inverse.

Le champ magnétique d’inversion ressenti par chaque petit volume du rotor dû à la rotation du champ magnétique du stator se poursuivra jusqu’à ce que la vitesse synchrone soit atteinte. Cela nous apporte l’avantage des moteurs synchrones à hystérésis qui peuvent produire un couple constant jusqu’à atteindre la vitesse synchrone sans ondulations de couple. Un autre point à propos de ces types de moteurs est qu’en dépit du fait qu’il existe normalement un enroulement à cage d’écureuil pour aider à démarrer le moteur, le moteur peut se démarrer automatiquement car le mouvement du rotor ne dépend que du décalage de phase entre les champs magnétiques du stator et du rotor.

Moteurs synchrones excités en courant continu

Le rotor de ces types de moteurs électriques est excité à l’aide d’une source de courant continu externe qui produit le flux magnétique nécessaire à la mise en mouvement du rotor. Cela peut être fait par une source de courant continu séparée ou directement connectée à l’arbre du moteur.

Vous pouvez regarder la vidéo ici pour voir comment fonctionnent les moteurs synchrones.

Linéaires

Les moteurs linéaires sont l’un des types de moteurs électriques à courant alternatif produisant une force linéaire au lieu d’un couple. Ils sont similaires à ceux déjà discutés précédemment sauf que leurs rotors et stators sont déroulés. Ils sont largement utilisés dans des applications telles que les trains électriques, les actionneurs tels que ceux utilisés dans les portes coulissantes, etc.

Cette vidéo va vous montrer comment fonctionnent ces moteurs.

Moteurs à courant continu

Dans les types de moteurs électriques à courant continu, l’énergie électrique à courant continu est transformée en énergie mécanique. Les moteurs à courant continu peuvent être autoexcités ou excités séparément. Cependant, les moteurs à courant continu autoexcités sont probablement plus intéressants si vous pouvez les utiliser pour votre application.

Les moteurs à courant continu peuvent également être classés selon qu’ils sont à courant continu brossé (BDC) ou à courant continu sans balais (BLDC). Les moteurs à courant continu brossé sont bon marché et simples à concevoir et à fabriquer; cependant, les moteurs BLDC sont complexes et coûteux. En général, les applications petites et insensibles telles que les appareils et les vitres électriques et les sièges de voiture pourraient utiliser des moteurs BDC, tandis que des applications telles que le CVC et la réfrigération, les moteurs électriques de voiture et d’autres systèmes industriels similaires fonctionneraient avec BLDC.

CC brossé

Les moteurs électriques à courant continu brossé sont à commutation interne, ce qui signifie que le couple est directement produit à partir de l’alimentation CC fournie à l’aide d’aimants permanents fixes ou d’électroaimants et d’électroaimants rotatifs.

Ils sont assez peu coûteux et très fiables. Vous pouvez facilement contrôler leurs vitesses à l’aide d’un simple système à deux fils, bien qu’il existe certaines conceptions à vitesse fixe pour lesquelles il n’y a pas de contrôle de vitesse.

Vous pouvez également trouver certains inconvénients dans les moteurs à courant continu brossés tels que la nécessité d’un entretien périodique spécifiquement imposé par les brosses et une faible durée de vie pour des travaux très exigeants pour lesquels le couple ou la vitesse est élevé. Un autre problème important est leur vitesse limitée en raison des brosses et de la génération d’interférences électromagnétiques (EMI) par arc de brosse.

Bobinage shunt

Les bobines de champ ou les enroulements des moteurs à courant continu brossé à enroulement shunt sont connectés en parallèle à l’armature; d’où le nom de ces types de moteurs électriques. Dans cette configuration d’enroulements, le courant fourni sera réparti entre l’armature de dérivation et les enroulements de champ. La régulation de la vitesse est très facile avec les moteurs BDC à enroulement shunt.

Lorsque la charge est appliquée aux moteurs à courant continu à balayage enroulé shunt, la vitesse a tendance à diminuer, mais la tension nette augmenterait dans cette situation. Lorsque la tension nette augmente, le courant de l’armature augmente, ce qui signifie qu’il y aura un couple supplémentaire généré, ce qui compense la diminution de vitesse due à l’application de la charge, ce qui rend ces types de moteurs électriques à vitesse constante. dispositifs.

Tout cela signifie que vous voudriez probablement envisager un tel moteur si vous aviez un faible couple de démarrage requis ainsi qu’une bonne régulation de la vitesse.

Enroulé en série

Si au lieu de connecter les enroulements d’armature et les enroulements de champ en série plutôt qu’en parallèle, vous obtenez un moteur à courant continu brossé enroulé en série. Il est clair que le courant dans les enroulements de champ et d’armature serait égal pour cette conception. Ils auraient besoin d’une quantité importante de courant, mais le couple qu’ils produisent est très élevé, surtout au démarrage.

Cette conception, cependant, n’est pas si bonne avec la régulation de la vitesse. La raison en est que malgré l’augmentation de la tension due à la charge, le moteur augmentera le courant à monter, mais le champ magnétique finira par être saturé, ce qui signifie que le flux entre l’armature et le stator ne montera pas assez vite, ce qui signifie que le couple ne sera pas assez généré pour ramener la vitesse aux conditions précédentes.

Vous pouvez dire que vous pouvez considérer les types de moteurs électriques lorsque vous avez besoin d’un couple de démarrage élevé, mais ne vous souciez pas beaucoup de la régulation de la vitesse.

Compound Wound

Et si vous aviez besoin d’un BDC qui a à la fois un couple de démarrage élevé et un bon contrôle de la vitesse? Eh bien, il existe également une solution pour cela: des moteurs à courant continu à enroulement composé. Les moteurs à enroulement composé sont une « espèce hybride » de moteurs à courant continu à enroulement shunt et à enroulement en série. Dans ces types de moteurs électriques, il existe un enroulement de champ en série avec l’enroulement d’induit et un autre shunt d’enroulement de champ avec l’enroulement d’induit.

Il existe une configuration de shunt court et une configuration longue pour les moteurs BDC à enroulement composé. Si le champ de shunt était uniquement parallèle à l’armature, il s’agirait d’une configuration de shunt court, mais si le champ de shunt était parallèle à la série de champs d’armature et de série, il s’agirait d’un BDF à enroulement composé à long shunt.

Vous pouvez avoir la polarité du champ shunt correspondant à la polarité du champ série, ce qui fait une plaie composée cumulative BDC. C’est un moteur avec un couple de démarrage élevé et une bonne régulation de la vitesse. Vous pouvez également avoir une polarité de champ de shunt en opposition au champ de série, ce qui fait un moteur à enroulement composé différentiel.

Aimant permanent

Dans un moteur à courant continu brossé à aimant permanent, l’armature est entourée d’aimants permanents fixés à la surface interne du stator cylindrique de ces types de moteurs électriques. Les aimants sont installés de manière à ce que les pôles opposés des aimants adjacents fassent face à l’armature. L’induit, conducteur porteur de courant, subirait donc une force mécanique exercée sur lui par le champ magnétique de cet agencement d’aimants permanents et tournerait dans sa direction.

Servomoteur

Les servomoteurs ne sont peut-être pas vraiment l’un des types de moteurs électriques et constituent probablement une catégorie à part entière, mais comme les plus petits utilisent des moteurs BDC à aimants permanents avec un système de contrôle en boucle fermée, nous avons décidé de les mentionner ici également. Les servomoteurs sont des dispositifs mécaniques ou des actionneurs très pratiques pour le contrôle précis de la position, du contrôle de la vitesse ou du contrôle de l’accélération. Ils se composent d’un moteur à courant continu, d’un capteur de position et d’un contrôleur.

CC sans balais

Vous avez probablement remarqué de loin que les balais et leur interaction avec le commutateur mécanique des moteurs BDC sont les raisons des moteurs électriques à courant continu sans balais. Eh bien, les brosses s’usent et nécessitent un entretien et un remplacement, et les brosses produisent des étincelles dangereuses pour les endroits où il y a un risque d’explosion.

Les moteurs à courant continu sans balais sont commutés électroniquement, ce qui leur donne une durée de vie plus longue, de meilleures caractéristiques de vitesse par rapport au couple, un rendement élevé, une meilleure réponse dynamique et des changements de vitesse plus élevés, et un fonctionnement silencieux.

Ces types de moteurs électriques peuvent être utilisés à la fois pour des applications à charge variable et à charge fixe, ainsi que pour des applications de positionnement, et ils gagnent en popularité sur le marché.

Pour une vidéo comparant les moteurs à courant continu brossé avec les moteurs à courant continu sans balais et les critères de sélection entre eux, voir ici.

Conclusion

Il s’agissait donc de types de moteurs électriques. Nous avons tenté de présenter un guide simple sur ces types de moteurs. À l’heure actuelle, il existe différents et flexibles. Le but du moteur est chaque fois qu’une « commande de mouvement est requise », c’est le meilleur choix. Le moteur doit supporter l’utilisation et l’action globale du système. Voici une grande chance, s’il y a plus d’informations sur les types de moteurs électriques, n’hésitez pas à vous inscrire sur Linquip. Nos experts se réjouiront de recevoir vos questions et d’y répondre avec enthousiasme.