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Matière : Machines Spéciales
Matière : Machines Spéciales
Les machines électriques spéciales sont des machines électriques
développées pour des applications spécifiques.
Ces machines sont de plus en plus utilisées dans les systèmes de contrôle de
position, la robotique et la mécatronique, les véhicules électriques et le transport
à grande vitesse
Les machines spéciales sont des machines industrielles, réalisées et fabriquées sur mesure
pour répondre à des besoins spécifiques de fabrication et d'utilisation.
Les machines spéciales peuvent être intégrées à une chaîne de production ou utilisées
indépendamment. Elles peuvent être soit fixes, soit partiellement mobiles avec un
raccordement à une partie fixe, soit totalement mobiles. Les raccordements sont adaptés selon
les situations.
Introduction aux machines spéciales
Il existe plusieurs autres types de machines électriques telles que
-les moteurs pas à pas,
- les moteurs à réluctance variable,
- les moteurs CC et CA à aimant permanent,
- les moteurs CC sans balais,
- les machines électriques linéaires,
-les machines à flux axial à aimants permanents, etc.,
inventées pour des applications
spécifiques.
Introduction aux machines spéciales
lave-vaisselle
Machine à laver
Hotte De Aspiration
 Dans les installations domestiques, il n’existe pas, en général, de distribution triphasée. On
est donc amené, pour des utilisations courantes à utiliser des moteurs alternatifs monophasés.
Introduction aux machines spéciales
 les véhicules électriques et le transport à grande vitesse
le moteur à réluctance
de Tesla ?
Introduction aux machines spéciales
 la robotique et la mécatronique,
Le Servomoteur"
Le moteur DC continu
Moteurs pas à pas.
Vous souhaitez fabriquer un robot? Vous souhaitez le faire bouger, que se soit ses roues, ses
jambes, les pistes, ses bras, ses doigts, des tourelles de capteurs ? Vous allez sans doute avoir
besoin de moteurs à un moment ou un autre !
Introduction aux machines spéciales
Ces machines sont de plus en plus utilisées dans les systèmes
-de contrôle
- de position,
- la robotique et la mécatronique,
-les véhicules électriques et le transport à grande vitesse
Introduction aux machines spéciales
Les machines électriques développées pour des applications
spécifiques sont appelées machines électriques spéciales
CHAPITRE I : LE MOTEUR MONOPHASE
(Single-Phase Motors )
https://youtu.be/qpKybaLURy0
I. INTRODUCTION
De très nombreux matériels de faible puissance utilisés en réfrigération domestique ou
en petite climatisation sont équipés de moteurs monophasés (réfrigérateurs, congélateurs,
climatiseurs individuels, petites pompes à chaleur...).
Les moteurs monophasés à phase auxiliaire, bien qu'ils soient très répandus, sont
souvent beaucoup plus méconnusque les moteurs triphasés.
Le but de ce chapitre n'est pas d'étudier pourquoi ou comment ces moteurs tournent,
mais de savoir raccorder électriquement et dépanner ce type de matériel ainsi que les
accessoires nécessaires au fonctionnement (condensateurs et relais de démarrage).
I. INTRODUCTION
La vitesse de rotation d’un moteur monophasé est toujours inférieure à la vitesse du
synchronisme.
Ces moteurs sont
-de faible puissance ( <1KW )et ont généralement, un mauvais rendement : η ≅ 0,6
- et un faible facteur de puissance : Cos φ ≅ 0,5
Les moteurs à induction monophasés sont généralement utilisés dans les systèmes
nécessitent une petite conversion de puissance (inférieure à 1 KW), ils sont appelés moteurs
à puissance fractionnaire.
Ces moteurs peuvent être classés dans les quatres catégories de base suivantes :
1. Moteurs à induction monophasés
1.1 Type à phase divisée
1.2 Type de condensateur
1.3 Type de poteau ombragé
2. Moteurs série AC ou moteurs universels
3. Moteurs à répulsion
3.1 Moteurs à induction à démarrage par répulsion (moteurs pas à pas)
3.2 Moteurs à induction à répulsion
4. Moteurs synchrones
4.1 Moteurs à réluctance
4.2 Moteurs à hystérésis.
2- Classification des moteurs monophasés
Le moteur monophasé est un moteur composé
-d’une seule phase
-et alimenté par un courant électrique monophasé.
le moteur à induction monophasé (Fig.1) le plus trouvé dans l'industrie, Il est largement utilisé
pour l'entraînement électrique d'appareil à vitesse constante de faible puissance telle que les
machines-outils, les appareils domestiques et les machines agricoles dans des circonstances où
une alimentation triphasée n'est pas facilement disponible.
- Leur principe de fonctionnement est plus compliqué que celui des moteurs triphasés.
•MOTEURS MONOPHASÉS
3. CONSTRUCTION DU MOTEUR À INDUCTION MONOPHASÉ :
Le moteur à induction monophasé est caractérisé par une construction très simple et robuste.
Il se compose de deux parties principales :
- le stator (stationnaire)
- et le rotor (tournant) à cage d'écureuil semblable à celui des moteurs triphasés.
- Qui sont séparé par un entrefer.
Le stator
porte un enroulement réparti dans les fentes découpées sur la périphérie interne comme
illustré dans la figure suivante.
Deux bobinages disposés verticalement à l'intérieur des encoches du stator :
•L'un est l'enroulement principal (ou courant).
• Enroulement auxiliaire
(ou enroulement de démarrage)
L'enroulement auxiliaire a le même nombre
de pôles que l'enroulement principal.
3. CONSTRUCTION DU MOTEUR À INDUCTION MONOPHASÉ :
Deux bobinages disposés verticalement à l'intérieur des encoches du stator :
•Enroulement principal bobiné de façon à former des pôles dont le nombre détermine la vitesse
de la machine.
• Enroulement auxiliaire (ou enroulement de démarrage) qui fonctionne seulement durant la
brève période de démarrage. L'enroulement auxiliaire a le même nombre de pôles que
l'enroulement principal..
L’enroulement principal et le plus petit enroulement auxiliaire sont disposés à 90° l’un de l’autre.
La raison de cet agencement sera expliquée plus loin.
Le rotor
Est entouré sur un arbre, Il se compose ;
 d'un noyau cylindrique stratifié avec des fentes;
 des barres en aluminium sont moulées sur les fentes et court-
circuitées aux deux extrémités avec un anneau comme le montre la
figure ci-dessous.
Rotor à cage d’écureuil
Ce type de rotor est appelé "Rotor à cage d'écureuil".
https://youtu.be/awrUxv7B-a8
How to Connect a Single Phase Motor https://youtu.be/UVjJvJMHzyI
https://youtu.be/2XYdTogWcIA
Demarrage d’un moteur à induction monophasé
Single Phase Induction Motor (Capacitor
Induction Motor or AC Motor) explained
https://youtu.be/FDerrQw99KU
https://youtu.be/eyqwLiowZiU
How does a Stepper Motor work?
Animation technique : Comment fonctionne
un servomoteur https://youtu.be/hg3TIFIxWCo
Le moteur de Tesla Model 3 – Une ingénierie
de génie à son service https://youtu.be/UQ9Cfk-ovXs
Vitesse synchrone
Tout comme pour les moteurs polyphasés, la vitesse synchrone d'un moteur
asynchrone monophasé est exprimée par la formule:
I- FONCTIONNEMENT DU MOTEUR À
INDUCTION MONOPHASÉ
- Plus petit qu’un moteur triphasé
- Moins de fils d’alimentation qu’un moteur triphasé
Mais ça a l’air quand même plus compliqué!
- Ça tourne comment et ça sert à quoi tous ces
accessoires ?
FONCTIONNEMENT DU MOTEUR À INDUCTION
MONOPHASÉ :
-Si on alimente une bobine avec un courant alternatif monophasé , on va créer entre les deux bobines
un champ alternatif pulsé.
Expérience (théorème de Leblanc)
Par conséquent, si on applique le même principe sur le moteur à induction monophasé, le
moteur ne démarre pas automatiquement.
• Nature du champ produit dans les moteurs à induction monophasés Y
le « principe de Ferrari »
θ
Фm
½Фm/ ½Фm/
θ θ
Фm cosθ
le champ pulsé Фm peut être résolu en deux composantes
- tournant dans le sens opposé à la même vitesse synchrone.
-de la moitié de l'amplitude,
La résultante des deux champs est Ф= Фm cosθ.
un champ alternatif monophasé peut être considéré comme la somme de deux champs
tournants en sens inverse et à la même vitesse
Contrairement aux moteurs diphasés et triphasés, les moteurs monophasés sont connues par des
vibrations rapide même lorsque le moteur tourne à vide.
Cette vibration résulte du fait qu’un moteur monophasé reçoit une puissance
électrique pulsative alors qu’il débite une puissance
mécanique pulsative.
. Vibration des moteurs monophasés
Le couplage du moteur monophasé : comment brancher un moteur monophasé ?
Le couplage du moteur monophasé sur un réseau monophasé est simple. Il suffit juste de
vérifier que la tension d’alimentation correspond bien à la tension nominale.
Inversion de sens de rotation
-moteur à condensateur permanent,
on peut inverser le sens de rotation car les deux
enroulements sont toujours en service.
dans ce type de moteur, les deux enroulement sont identique .
-le commutateur est en position 1, la tension de la ligne apparait aux bornes de
l’enroulement A et le condensateur est en série avec l’enroulement B.
-le commutateur bascule en position 2, le moteur ralentir, arrete, puis retourne à pleine
vitesse dans le sens opposé.
un simple commutateur à deux pôles 1 et 2
permet de changer la rotation .
-moteur contient un interrupteur centrifugé,
-on ne peut pas changer la rotation lorsque le moteur est en marche. Si l’on inverser les
bornes de l’enroulement principal, le moteur continuera à tourner dans le
même sens.
Inversion de sens de rotation
Pour inverser le sens de rotation des moteurs monophasés, on doit intervertir les
bornes de l’enroulement principal ou de l’enroulement auxiliaire.
Cependant,
Caractéristiques en charge des moteurs asynchrones
le rendement et le facteur de puissance d’un moteur asynchrone
monophasé à puissance fractionnaire et bas.
II- LE DÉMARAGE DU MOTEUR À INDUCTION
MONOPHASÉ
https://youtu.be/O_88s09gPgk?t=71
Si la machine est mise en rotation par un moyen mécanique extérieur, le rotor produit
un couple qui fait accélérer la machine dans le sens initial de sa rotation. Mais le fait
qu'elle ne démarre pas toute seule constitue un inconvénient majeur.
1- Démarrage mécanique :
On place un enroulement de démarrage auxiliaire (Figure 4-7). à angle droit de l'enroulement principal du
stator de telle sorte que les courants qui les parcourent soient déphasés de 90° (1/4 de période). Le champ
magnétique est alors décalé de 90° par rapport à l'alignement du champ initial et le rotor tend à s'aligner
avec les pôles magnétiques, créant ainsi un couple de démarrage.
le moteur tourne en permanence dans le même sens après avoir été démarré.
Une fois le moteur en marche, l'enroulement auxiliaire est souvent débranché du circuit à
l'aide d'un interrupteur centrifuge.
2- Moteur à enroulement auxiliaire de démarrage
Le déphasage n'atteint pas les 90° souhaités, et les champs magnétiques ne sont pas égaux. Il
en résulte un couple de démarrage plus faible que dans le cas des autres moteurs.
Les courants capacitifs déphasent la tension en avant de 90°. En ajoutant des condensateurs, on
obtient un déphasage du courant dans un enroulement par rapport à l'autre. Il en résulte un
couple de démarrage plus élevé que ne peut en produire un moteur à enroulement auxiliaire de
démarrage.
On utilise les moteurs à condensateur pour des applications nécessitant un couple de
démarrage élevé, par exemple dans le cas des compresseurs ou des climatiseurs. Leur
puissance assignée s'élève jusqu'à environ 10 HP.
3. Moteurs à condensateurs
Condensateur permanent et condensateur de démarrage
les condensateur de démarrage est donc adapté pour des application ayant un couples
constant car un fort couple est requis des le démarrage.
Exemple: -compresseurs, broyeurs, presses, extrudeuses
Le condensateur permanent ,lui , est plutôt adapté aux machines centrifuges ayant un couple
parabolique. En effet, le couple résistant étant faible , un fort couple au démarrage n’est donc
pas nécessaire.
Exemple -des pompes , ventilateurs et ..
Dans les moteurs à condensateur de démarrage, un condensateur est raccordé en série avec
l'enroulement de démarrage et il est dimensionné de façon à optimiser le couple de
démarrage (Figure 4-9).
Figure 4-9 : Moteur à condensateur de démarrage
L'enroulement de démarrage est mis hors circuit par un interrupteur centrifuge ou un relais électronique
lorsque le moteur a atteint sa vitesse de fonctionnement.
3.1 Moteurs à condensateur de démarrage
Le couple de démarrage est plus élevé que dans les moteurs à condensateur de marche avec
des caractéristiques de fonctionnement comparables à celles d'un moteur à enroulement
auxiliaire de démarrage.
Les moteurs à condensateur de marche possèdent un condensateur raccordé en permanence en série à
l'un des enroulements du stator afin d'assurer un équilibre acceptable entre un bon couple de démarrage
et de bonnes caractéristiques de fonctionnement (Figure 4-8).
3-2 Moteurs à condensateur permanent de marche (PSC)
Figure 4-8 : Moteurs à condensateur de marche
Ils présentent un couple de démarrage et des caractéristiques de fonctionnement meilleurs que les moteurs
à enroulement auxiliaire de démarrage; on les appelle parfois moteurs à condensateur permanent (PSC).
Ex :Les moteurs de ventilateurs des nouvelles chaudières sont quelques fois équipés de moteurs à
condensateur de marche.
le couple de démarrage que les caractéristiques de fonctionnement sont optimisés.
3.3 Moteurs à condensateurs de démarrage et de marche
Figure 4-10 : Moteur à condensateurs de démarrage et de marche
Ce type de moteur utilise un condensateur raccordé en série avec l'enroulement principal du stator,
optimisé pour les caractéristiques de fonctionnement (Figure 4-10). Un second condensateur monté en
série avec l'enroulement de démarrage optimise le couple de démarrage. Le condensateur de démarrage
est mis hors circuit lorsque le moteur a atteint sa vitesse de fonctionnement.
Caractéristiques en charge des moteurs asynchrones
Le couple diminue subitement de 9.5 N.m à 2.8
N.m mais le moteur continu à accélérer jusqu’à
une vitesse de 1760 tr/min correspondant à la
vitesse de pleine charge.
-la période d’accélération :
C enroulements principale et auxiliaire >>Cn
Vrotor =1370 tr/min
l’interrupteur centrifuge s’ouvre:
le moteur tombe subitement sur la caractéristique
couple-vitesse de l’enroulement principal seul.
Le moteur à bagues de court-circuit est très répandu dans les puissances inférieures à 50W car il
ne contient pas de phase auxiliaire conventionnelle. Dans ce petit moteur monophasé à cage
l’enroulement auxiliaire est constitué d’une seule spire de cuivre en court-circuit en orme de
bague disposée autour d’une portion de caque pole saillant. Cette spire entour une partie Ф2 du
champ alternatif Ф1 créé par l’enroulement principal de sort qu’un courant alternatif est induit
dans la bague. Ce courant produit un flux Фa qui est déphasé en arriére des flux Ф2 et Ф2 . Ce
déphasage des flux Фa et Фs produit un champ tournant suffisant pour assurer le émarrage.Meme
si le couple de démarrage le rendement et le FP sont faibles, la simplicité du bobinage et
l’absence d’interrupteur centrifuge donnent à ce type de moteur un avantage marqué. Le sens de
rotation de ce moteur ne peut étre changé ; il est imposé par la position des bagues.
Moteur à bagues de court-circuit (Shaded-pole motor)
4-Comment brancher un moteur
monophasé ?
Tout d’abord, un moteur électrique 220v est accompagné soit
- d’un condensateur permanent
- de deux condensateurs.
La question comment brancher un moteur monophasé concerne les deux possibilités
précédentes.
Les moteurs monophasés à phase auxiliaire sont constitués de 2 enroulements.
• L'enroulement Principal P constitué d'un gros fil prévu pour rester en permanence
sous tension et pour supporter l'intensité nominale du moteur.
• L'enroulement Auxiliaire A est constitué d'un fil plus fin, donc plus résistant, ce qui
permettra de le repérer facilement.
4-1 Enroulements du moteur monophasé
N
L
4-1 Enroulements du moteur monophasé
On peut en conclure le schéma interne suivant
• La résistance la plus forte se trouve entre (2) et (3). La troisième borne (1) est
donc le Commun C.
• La résistance la plus faible se trouve entre (1) et (3). Il s'agit de l'enroulement
Principal P.
• C'est donc entre (1) et (2) qu'est raccordé l'enroulement Auxiliaire A
• Le moteur est donc constitué de deux enroulements, un principal et un auxiliaire.
• Nous avons vu que le rôle de l'enroulement auxiliaire est de créer un champ
magnétique tournant.
• Pour obtenir ce champ, il faut que le courant circulant dans l'enroulement auxiliaire
soit décalé par rapport à l'enroulement permanent.
• Pour cela, nous pouvons utilise un condensateur monté en série avec
l'enroulement auxiliaire
4-2 Les condensateurs de marche et de démarrage.
Ils ont une faible capacité et sont reconnaissables de par leurs grandes tailles. Ils
sont constitués de manière à rester en permanence sous tension.
Les condensateurs de marche.
Ils ont une importante capacité ( parfois › 100 ųf ).
Ils sont plus petits que les condensateurs de marche.
Il ne faut surtout pas les laisser plus de 5 à 10 secondes sous tension car ils
s'échauffent et ils risquent d'exploser.
Les condensateurs de démarrage.
MOTEUR MONOPHASÉ 3 FILS à condensateur permanent
4-2 Branchement moteur monophasé avec un seul condensateur
sens de rotation horaire.
220V
r
R
Ph N
https://youtu.be/O_88s09gPgk
MOTEUR MONOPHASÉ 3 FILS à condensateur permanent
Condensateur
permanent
4-2 Branchement moteur monophasé avec un seul condensateur
sens de rotation horaire.
L1 N1
MOTEUR MONOPHASÉ 3 FILS à condensateur permanent
Branchement moteur monophasé avec un seul condensateur sens de rotation horaire.
Branchement moteur monophasé avec un seul condensateur sens de rotation horaire.
MOTEUR MONOPHASÉ 3 FILS
à condensateur de démarrage et coupleur
Branchement moteur monophasé avec un seul condensateur sens de rotation horaire.
MOTEUR MONOPHASÉ 3 FILS
à condensateur de démarrage et relais
Branchement moteur monophasé avec un seul condensateur sens de rotation horaire.
MOTEUR MONOPHASÉ 3 FILS
à condensateur de démarrage et relais
Branchement moteur monophasé avec un seul condensateur sens de rotation horaire.
MOTEUR MONOPHASÉ 3 FILS
à condensateur de démarrage et relais
Branchement moteur monophasé avec un seul condensateur sens de rotation horaire.
MOTEUR MONOPHASÉ 4 FILS
Convoyeurs à bande
4-3 Dépannage
Pour contrôler un moteur électrique il faut :
- S’équiper des E.P.I. (gants et masque facial)
- Contrôler si il y a de la tension aux bornes du circulateur avec un multimètre réglé en
voltmètre.
- Contrôler si les enroulements sont en court-circuit ou non avec un multimètre réglé
en ohmètre.
- Contrôler le condensateur.
4-3 Dépannage
- Le Contrôler de condensateur.
• Enlever le cache du condensateur et débrancher les fils du
condensateur
• Décharger le condensateur avec un tournevis
• Contrôler la résistance du condensateur
Le condensateur est bon mais coupé:
R = infini I
Le condensateur est en court circuit:
R = 0L
Effectuer la mesure de la capacité.
Uf (micro-farad) = valeur inscrite sur le
condensateur
Le moteur à bagues de court-circuit est très répandu dans les puissances inférieures à 50W car il
ne contient pas de phase auxiliaire conventionnelle. Dans ce petit moteur monophasé à cage
l’enroulement auxiliaire est constitué d’une seule spire de cuivre en court-circuit en orme de
bague disposée autour d’une portion de caque pole saillant. Cette spire entour une partie Ф2 du
champ alternatif Ф1 créé par l’enroulement principal de sort qu’un courant alternatif est induit
dans la bague.Ce courant produit un flux Фa qui est déphasé en arriére des flux Ф2 et Ф2 . Ce
déphasage des flux Фa et Фs produit un champ tournant suffisant pour assurer le émarrage.Meme
si le couple de démarrage le rendement et le FP sont faibles, la simplicité du bobinage et
l’absence d’interrupteur centrifuge donnent à ce type de moteur un avantage marqué. Le sens de
rotation de ce moteur ne peut étre changé ; il est imposé par la position des bagues.
Moteur à bagues de court-circuit (Shaded-pole motor)
II- moteur universel
II- moteur universel
1- Moteur universel
- Un moteur qui peut fonctionner soit au courant alternatif (ca) soit au courant
continu (cc) est appelé moteur universel.
- Il est également connu sous le nom de moteur série monophasé.
- Mais pourquoi moteur série?
- Et pas shunt
II- moteur universel
2- Moteur shunt :
• Dans un moteur shunt à cc, l'enroulement de champ a une résistance R𝒇
élevée et est connecté en parallèle avec l'enroulement d'induit R𝑎.
• Basé sur la loi d'Ohm, I = V/R, cette résistance R𝒇 élevée limite le flux de courant dans
l'enroulement de champ en fonctionnement CC.
R𝒇 R𝒂
• L'enroulement de champ possède cependant un grand nombre de spires, ce qui entraîne
une réactance inductive élevée X𝒇= . L𝒇 lorsqu'il est connecté à une source CA, où
l'inductance est donnée par L = N2/R et R est la réluctance.
II- moteur universel
2- Moteur shunt :
R𝒇 R𝒂
• L'enroulement de champ hautement inductif a tendance à retarder l'inversion du
courant de l'enroulement de champ, ce qui provoque un décalage de phase
considérable entre le courant d'induit et le flux produit par l'enroulement de champ.
• Il en résulte ainsi un couple moyen réduit, ce qui peut ne pas être acceptable pour la
taille du moteur.
Par conséquent, un moteur à courant continu shunt n’est jamais conçu pour les
applications à courant continu et alternatif.
• La résistance Rf élevée et la réactance
inductive élevée Xf diminuent le flux de
courant dans l'enroulement de champ en
fonctionnement CA. Le flux créé est donc
faible, puisque = N.I/ R .
II- moteur universel
3- Moteur série :
• Dans un moteur série à courant continu, l'enroulement de champ et
l'enroulement d'induit sont connectés en série.
En conséquence, le même courant circule dans les deux enroulements.
R𝒇
R𝒂
• L'enroulement série a peu de tours ; ainsi sa réactance inductive est faible en fonctionnement
alternatif.
Un moteur série à courant continu spécialement conçu pour un fonctionnement en courant
alternatif est appelé moteur universel.
•Par conséquent, le flux produit dans l'enroulement de champ est
en phase avec le courant d'induit même lorsqu'il est connecté à
une source CA.
moteur universel
- courant continu
- courant alternatif
-le rotor est connecté en série avec l'enroulement inducteur, ce qui
permet que les courants du rotor et du stator soient toujours dans le
même sens.
2- CONSTRUCTION DU MOTEUR UNIVERSEL
La construction d'un moteur universel est très similaire à la construction d'une machine à courant continu.
STATOR (1) : Partie fixe, circuit magnétique sur lequel sont placées les bobines inductrices.
ROTOR (2) : Arbre en acier supportant un ensemble de tôles magnétiques. Les bobines magnétiques ont les
extrémités soudées aux lames du collecteur.
COLLECTEUR : Partie du rotor constitué de lamelles de cuivre où frottent les balais.
F LASQUES (3) : Elles supportent les paliers.
PORTES BALAIS(4) : Reçoivent les balais qui alimentent l’induit.
ANTI – PARASITAGE(5) :
La plupart des moteurs universels sont antiparasités.
FONCTIONNEMENT DU MOTEUR UNIVERSEL
-Lorsque le moteur universel est alimenté en courant continu, il fonctionne comme un moteur série.
- Lorsque le courant circule dans l'enroulement du champ, il produit un champ électromagnétique.
-Le même courant provient également des conducteurs d'induit.
-Lorsqu'un conducteur sous tension est placé dans un champ électromagnétique, il subit une force
mécanique.
-En raison de cette force mécanique, ou couple, le rotor commence à tourner.
-La direction de cette force est donnée par la règle de la main gauche de Fleming.
1-Alimentation en courant continu
FONCTIONNEMENT DU MOTEUR UNIVERSEL
2-Alimentation en courant alternatif
-Lorsqu'il est alimenté en courant alternatif, il produit toujours couple unidirectionnel.
(Parce que l'enroulement d'induit et l'enroulement de champ sont connectés en série, ils sont dans la même
phase).
Par conséquent, lorsque la polarité de l'AC change périodiquement, le sens du courant dans les
enroulements d'induit et de champ s'inverse en même temps.
Ainsi, la direction du champ magnétique et la direction du courant d'induit s'inverse de telle sorte que la
direction de la force subie par les conducteurs d'induit reste la même.
FONCTIONNEMENT DU MOTEUR UNIVERSEL
quelle que soit l’alimentation CA ou CC, le moteur universel fonctionne sur le même
principe que le moteur série DC
La vitesse de rotation du moteur universel est inversement proportionnelle à sa charge. Ainsi,
si la charge augmente, la vitesse de rotation diminue. Inversement, si la charge diminue, la
vitesse de rotation du moteur augmente.
A vide, ce type de moteur peut atteindre une vitesse de rotation de 5 000 à 25 000 tour min-1,
selon ses caractéristiques de construction.
La construction électrique du moteur universel permet de faire varier sa vitesse de rotation
assez facilement pour une charge constante:
Il suffit en effet de faire varier le courant d'alimentation à l'aide d'un rhéostat ou d'un circuit
électronique branché en série avec le moteur.
L'inversion du sens de rotation du moteur s'effectue en inversant le sens du courant soit dans
les pôles, soit dans l'induit.
La vitesse de rotation du moteur universel
2- Le couple du moteur universel)
-Le couple de cette machine est indépendant du sens de circulation du courant et est
proportionnel au carré de son intensité.
Les moteurs universels sont employés dans des applications nécessitant un couple de
démarrage élevé, comme c'est le cas de certaines perceuses.
Le couple développé par le moteur cc
Tem= K.φ.I
Moteur série (moteur universel)
-Mais pourquoi pas ??
Moteur série (moteur universel)
Le couple de la machine est indépendant du sens de circulation du courant (couple
proportionnel au carré du courant)
I I
Id
U
U
Iin
U alternatif
I alternatif
<Tem>= K.φ.<I > =0
Le moteur no tourne pas
φ
Φ= b.I Tem= K.b.I²
<Tem>= K.φ.<I² >
Alimentation par U alternatif
<Tem> et >0
CARACTERISTIQUES VITESSE / CHARGE
Les caractéristiques de vitesse / charge d’un moteur universel sont similaires à celles d’un
moteur à courant continu.
la vitesse d'un moteur universel est faible à pleine charge et très élevé à vide.
Habituellement, les trains d’engrenages sont utilisés pour obtenir la vitesse requise sur la
charge requise.
La caractéristique vitesse / charge sont les suivantes (pour les alimentations en courant
alternatif et en courant continu).
L'utilisation de ces moteurs en courant alternatif est très répandue en raison du couple de démarrage plus
élevé par rapport à celui des moteurs à induction et de sa vitesse de rotation élevée, ce qui permet de
réduire sa taille et son prix.
Le moteur universel est sans aucun doute le moteur électrique le plus utilisé dans l'industrie des appareils
électroménagers.
Généralement utilisé dans les machines-outils portables de toutes sortes, petits appareils tels que les scies
électriques, perceuses, ustensiles de cuisine, des ventilateurs, des ventilateurs, des mélangeurs et d'autres
applications où avec des charges faibles ou petites forces de résistance est nécessaire à grande vitesse.
Ces moteurs à courant alternatif et à courant continu, y compris universel, se distinguent par leur
enroulement et brosses collecteur
UTILISATION D’UN MOTEUR UNIVERSEL
Le moteur universel à courant alternatif présente les avantages suivants:
- Le moteur universel présente un couple de démarrage élevé au démarrage.
- Ce type de moteur électrique peut atteindre des vitesses plus élevées (jusqu'à environ
25 000 tr / min) par rapport aux vitesses possibles avec des moteurs asynchrones à la
fréquence du réseau.
- Comme avec un moteur à courant continu normal, la vitesse peut être facilement
ajustée en faisant varier la tension du moteur.
AVANTAGES ET INCONVENIENTS
• les charbons : Le point faible de ce type de moteur est les charbons. Tout le courant doit passer par les
charbons, qui appuient fortement sur le collecteur et doivent être remplacés toutes les 500 heures environ .
On peut réduire les parasites de commutation grâce à l'utilisation de petits condensateurs et de selfs sur
les câbles des charbons.
•L'appel de courant est très important lors de la mise en route, souvent plus important que l'appel de
courant d'un moteur asynchrone de même puissance. Un système de limitation n'est normalement pas
prévu parce que les moteurs ne sont utilisés que pour de basses puissances.
•Le moteur produit également un couple variable qui dépend de la position actuelle du rotor et de la
fréquence du réseau (ces moteurs sont toujours monophasés et ce réseau produit une pulsation de 100Hz).
Ce moteur produit donc plus de vibrations et de bruit qu'un moteur asynchrone.
•Ces moteurs ont également un moins bon rendement que les moteurs asynchrones (cage d'écureuil) et
synchrones.
Points faibles
les caractéristiques d'un moteur universel
-Il peut fonctionner en courant continu ou en courant alternatif
-Le couple de démarrage est très élevé.
-La vitesse est directement proportionnelle au courant.
-Pour inverser le sens de rotation, le sens du courant dans l'un des enroulements est inversé.
-En courant alternatif, il se comporte de la même manière qu'un moteur série à courant continu.
-Fonctionnant en courant alternatif, la puissance est moindre que lorsqu'il fonctionne en
courant continu.
-Contrairement aux moteurs asynchrones, le rotor du moteur universel tourne à la même
vitesse que le champ magnétique du stator.
-Le circuit électrique est très simple, il n'a qu'un seul chemin pour la circulation du courant, car
le circuit est connecté en série.
-Non conçu pour une utilisation pendant de longues périodes.
-Il n'a pas besoin des aimants permanents.
les caractéristiques d'un moteur universel
-Sa vitesse diminue avec la charge et n’a pas de rapport avec la fréquence du courant ni
avec le nombre de paires de pôles.
-Il peut tourner très vite (Plus de 10 000 tr/mn). Sa vitesse est facilement réglable par
action sur la tension d’alimentation, en général par l’intermédiaire d’un variateur
électronique (triac).
-Son rendement η et son cos φ sont mauvais.
-Il a un assez bon couple de démarrage et le courant d’appel est assez élevé.
CHAPITRE II :
LE MOTEUR A RELUCTANCE
VARIABLE
MRV
II.1 Introduction
Un moteur a réluctance variable comporte un rotor à encoches non aimanté se positionnant
dans la direction de la plus faible réluctance.
Le fonctionnement du moteur est assuré par un pilotage du type unipolaire et l'avance du rotor
est obtenue en excitant tour à tour une paire de pôles du stator.
Le moteur à réluctance variable MRV est un moteur synchrone qui fonctionne comme un
électro-aimant. Il est constitué de deux parties en mouvement relatif dont l'une est
électriquement active (stator) et l'autre passive (rotor).
Le stator comprend un circuit magnétique denté muni de bobinages,
Le rotor est simplement un circuit ferromagnétique denté, mais sans aucun conducteur ni
aimant. On peut noter que lorsque le moteur n’est pas alimenté, comme il n’y a pas d’aimant
permanent, le rotor peut prendre n’importe quelle position
II- Composition d’un moteur pas à pas à réluctance variable MRV :
La réluctance est le terme pour définir la résistance dans un champ ("circuit") magnétique, et
elle a tendance à changer selon le matériaux qu'elle traverse : gaz ou fer par exemple.
On parle ici de réluctance variable car on se concentre avant tout ici sur le champ
magnétique qui se produit dans ce type de moteur.
-Elle dépend de l'importance de l'entrefer , Plus il y aura un espace (entrefer) important
entre le stator et le rotor, plus la réluctance sera importante.
μ
Pourquoi réluctance variable ?
R= l/(μ.A) avec μ= μ0. μr
R= l/(μ0.A)
Ф
l
A
Fonctionnement du moteur électrique à réluctance variable
-le stator est ici incarné par plusieurs phases / bobines (nombre paire obligatoire).
-Chaque phase est doublée, ce qui veut dire qu'une phase correspond à deux bobinages l'un
en face de l'autre : ils seront commutés en même temps.
Le but est qu'il y ait une ligne de champ magnétique qui vienne lier les deux pôles.
Fonctionnement du moteur électrique à réluctance variable
Au centre, le rotor (barreau de ferrite) n'est ni un matériaux aimanté / magnétique ni un
matériaux sur lequel on pourra induire du courant ...
Alors comment peut-il marcher puisque le rotor ne semble pas pouvoir être sensible aux
bobines du stator ? Essayons de décrypter tout cela ...
Si les moteurs électriques traditionnels utilisent la force magnétique pour provoquer une
interaction directe entre les rotor et stator ,
le MRV va quant à lui faire la chose de manière un peu différente (malgré que ce soit toujours
la force magnétique qui soit employée) ...
Fonctionnement du moteur électrique à réluctance variable
Comme la force magnétique "préfère" se propager dans de la matière ferreuse
plutôt que de l'air, on va utiliser cela pour faire bouger le rotor.
Fonctionnement du moteur électrique à réluctance variable
Cette fois-ci on va utiliser un autre phénomène physique :
la réluctance variable selon l'importance de l'entrefer .
Ce champ magnétique va subir une plus grande résistance en traversant de l'air (entrefer), et ce dernier va
vouloir naturellement limiter cet espace (constitué de vide) en le réduisant au maximum (comme si une
corde se tendait).
Le résultat est que le rotor va bouger et se positionner pour que l'espace soit le plus faible possible.
Quand j'active une double phase , je crée un champ
magnétique qui va vouloir se propager de la bobine de
la phase jusqu'à la dent du rotor.
Fonctionnement du moteur électrique à réluctance variable
Voici un moteur pas à pas dont la conception concerne plutôt les machines pas à pas de
précision
R= l/(μ.A)
Fonctionnement du moteur électrique à réluctance variable
Si on s'arrête ici (on laisse alimenté cette phase) le moteur est bloqué dans cette position. Et
chaque position représente un pas, d'où le nom de moteur pas à pas.
La réluctance s'est ici drastiquement réduite
grâce au phénomène physique .
Et c'est tant mieux car cela a permis de faire
légèrement tourner le rotor.
Fonctionnement du moteur électrique à réluctance variable
On continue sur d'autres phases, la génération d'un champ magnétique induit donc la formation
d'un circuit magnétique qui n'aime vraiment pas traverser l'air : l'entrefer se réduit et donc le
rotor se met à tourner pour arriver dans la position où ce fameux entrefer est diminué à son
maximum. Autant l'expliquer de plusieurs manières afin de multiplier vos chances de
compréhension
Fonctionnement du moteur électrique à réluctance variable
Ainsi de suite ... Et ici l'électronique de puissance est particulièrement utile pour piloter ce
genre de moteur
-on alimente successivement les différentes bobines. (le sens d’alimentation n’a pas
d’importance car le rotor n’est pas polarisé).
Les modes de commande d’un moteur pas à pas à réluctance variable :
1- Fonctionnement en pas entier :
- Le rotor va prendre une position telle qu’une des paires de dents soit alignée avec la bobine
alimentée.
-En alimentant 2 bobines.
2- Fonctionnement en mode « High Torque » (fort couple) :
- Le rotor prendra donc les positions intermédiaires,
- le couple sera plus élevé dans ce mode que dans le mode précédent.
Les modes de commande d’un moteur pas à pas à réluctance variable :
-En combinant les deux modes précédents,
-On obtient un fonctionnement en 24 pas, et donc une résolution de 15°.
-Le fonctionnement est illustré par l’animation ci-contre. Globalement le nombre de pas (en
fonctionnement pas entier) d’un moteur pas à pas à réluctance variable est donné par la formule
suivante :
avec
Np nombre de pas
Ns nombre de dents du stator
Nr nombre de dents du rotor
3- Fonctionnement en mode demi-pas :
Les modes de commande d’un moteur pas à pas à réluctance variable :
Fonctionnement du moteur à réluctance variable (automobile)
Le fonctionnement du moteur à réluctance consiste à jouer sur la plus grande facilité
du champ magnétique à traverser le fer que l'air. Les trous dans le rotor vont donc
permettre de créer une sorte de poignée pour le champ tournant généré dans le
stator.
En gros, les boucles magnétiques tournantes vont se caler à l'intérieur du rotor pour
que la réluctance soit la plus faible possible. Il faut en effet forcer pour "décrocher" le
champ magnétique du stator quand les boucles magnétiques traversent de manière
optimale le rotor ferreux.
Ce moteur est plein d'avantages, notamment économique :
-pas cher à produire il est aussi compacte et léger (parfait pour l'intégration et l'économie
d'énergie grâce à la réduction de la masse).
-Son rendement est désormais très bon grâce à l'emploi de matériaux optimaux pour le rotor
mais aussi par l'emploi d'une électronique de puissance programmée aux petits oignons qui
permet d'améliorer l'efficience de ce moteur. on parle aujourd'hui d'un rendement jusqu'à
95%, ce qui est pour le coup le meilleur moteur électrique qui soit. Cela est en grande partie
du au fait que ce moteur ne chauffe pas beaucoup, et donc on a moins de perte thermique
(un moteur thermique perd la majorité de son énergie en chaleur ...).
Avantages et inconvénients du moteur à réluctance variable
On en arrive donc aux inconvénients,
-ce moteur est particulièrement difficile à exploiter et les marques qui se lancent dans
l'aventure ont intérêt d'avoir des ingénieurs de qualité pour arriver à leur fin.
-La fabrication est aussi assez compliquée puisque ce moteur nécessite un assemblage de
grande précision.
-- Les entrefers doivent en effet être les plus réduits possibles afin d'obtenir un rendement
satisfaisant.
Avantages et inconvénients du moteur à réluctance variable
Fonctionnement du moteur électrique à réluctance variable
Dans une voiture il ressemble plutôt à ça, à savoir un rotor nettement plus aérodynamique ! Il va
en effet tourner à des régimes très élevés, il ne faut donc pas de forme en hélice. Ici on
distingue les 3 pôles au niveau du stator. Le blanc représente du vide dans le rotor (il est ici
ferreux), ce qui va permettre de jouer sur la variabilité de la réluctance (le champ magnétique
traverse bien le fer, beaucoup moins l'air).
CHAPITRE III :
LES MOTEURS PAS A PAS
1-Moteur pas à pas
Energie Electrique
(Impulsion électrique
de fréquence f)
Energie mécanique
(déplacement
angulaire appelée ou
le pas P )
Convertir
Moteur pas à pas
Un moteur pas à pas est une machine qui tourne en fonction des impulsions
électriques reçues dans ses bobinages.
1-Moteur pas à pas
Alimentation du Moteur pas à pas
Si on lui fournit un courant continu dans une certaine séquence contrôlée et qui provoque la
rotation, La rotation est peut être continue soit on marche avant ou en marche arriéré ou
nous pouvons contrôler la rotation par petits pas pour un contrôle de haute précision
- Le moteur peut même s’arrèter à un point souhaité et maintenir cette position
1-Moteur pas à pas
Le moteur sont plus utile dans l’automatisation et la fabrication, car ils offrent un contrôle
de précision c’est pourquoi nous trouvons des moteurs pas a pas utiliser partout que se
soit dans les imprimante 3d, les machines CNC , les scanners d’implrimantes
Utilisation des Moteur pas à pas
1-Moteur pas à pas
L'angle de rotation minimal entre deux modifications des
impulsions électriques s'appelle un pas(∅𝑝).
On caractérise un moteur par le nombre de pas par tour Np (c'est à dire pour 360°).
Le nombre du pas par tour est déterminé par la relation suivante :
Exemple
Si le moteur a 200 pas alors chaque pas est de 1,8°
360°/200pas =1,8°par pas
L'angle de rotation
Selon le critère de base, les types de moteurs pas à pas sont divisés en fonction de leur :
-construction
- nombre de phases nécessaires pour alimenter les bobines.
-En fonction de la conception, les types de moteurs diffèrent par leur objectif (application cible),
leur résolution et le couple obtenu.
2- Types de moteurs pas à pas
MOTEUR A AIMANTS
PERMANENTS
Le moteur pas à pas
MOTEUR A RELUCTANCE
VARIABLE
MOTEUR HYBRIDE
Il existe trois types de moteur : à aimant permanent, à reluctance variable et hybrides.
Dans tous les types de moteur, on positionne le rotor en modifiant la direction d'un champ
magnétique crée par les bobinages du stator.
2- Types de moteurs pas à pas
CONSTITUTION Il comprend:
- Un stator bobiné (électro-aimant) dont la polarité (N,S) dépend du sens du courant alimentant
la bobine ou la phase.
- Un rotor qui porte des aimants permanents qui s’alignent suivant son champ magnétique
2-1 MOTEUR A AIMANTS PERMANENTS
C’est le modèle dont le fonctionnement est le plus simple.
Embout avant
Embout arrière
Bàtit principale
Arbre
Connexions
électrique
CONSTITUTION Il comprend:
- Un stator bobiné (électro-aimant) dont la polarité (N,S) dépend du sens du courant alimentant
la bobine ou la phase.
- Un rotor qui porte des aimants permanents qui s’alignent suivant son champ magnétique
2-1 MOTEUR A AIMANTS PERMANENTS
C’est le modèle dont le fonctionnement est le plus simple.
Embout avant
Embout arrière
Bàtit principale
Arbre
Connexions
électrique
2-1 MOTEUR A AIMANTS PERMANENTS
Les moteurs à aimants permanents se subdivisent en deux types :
a) les moteurs unipolaires
b) les moteurs bipolaires
Sur un plan fondamental, ces deux types fonctionnent exactement de la même manière ; des
électro-aimants sont activés de façon séquentielle, ce qui induit l'arbre moteur central à
tourner.
Un moteur est dit unipolaire lorsqu’un enroulement crée toujours un pôle de même nom,
Il est dit bipolaire lorsqu’un enroulement crée soit un pôle nord soit un pôle sud selon le sens
du courant.
2-1 Moteur pas à pas unipolaire - fonctionnement en pas complet
Le principe de fonctionnement du moteur pas à pas en pas
complet est illustré sur la figure 1.
2- Après avoir déplacé de ce décalage, un autre électroaimant (bobine ou bobines) sur le stator
est activé et le rotor est ramené à sa nouvelle position.
1-Lorsque la bobine est sous tension, l'électroaimant créé est attiré par un aimant (dent) monté
sur le rotor, déplacé d’un certain décalage par rapport à lui. Le rotor et l'arbre tournent alors de
l'angle auquel sa position s'oppose le moins au flux magnétique ou à la résultante de plusieurs
flux.
3- En commutant des bobines successives, il est possible d'effectuer d'autres pas vers l'avant ou
vers l'arrière, ou d'effectuer une rotation complète ou partielle du rotor et de l'arbre avec lui.
2-2 Moteur pas à pas - fonctionnement en mode demi-pas
Le rotor tourne de la moitié de l'angle nominal.
Le principe du fonctionnement du moteur en
mode demi-pas est présenté sur la figure 2.
En conséquence nous obtenons une augmentation du couple par rapport au fonctionnement
avec l’alimentation monophasée, un fonctionnement « plus doux » du moteur et le doublement
précité de la résolution angulaire.
Pour un fonctionnement en demi-pas, une
alimentation alternative de deux phases
(bobines) est nécessaire.
2-1 Moteur pas à pas bipolaire - fonctionnement en pas complet
Le moteur bipolaire :
Les bobines d’un moteur bipolaire sont alimentées une fois dans un sens, une fois dans
l’autre sens. Ils créent une fois un pôle nord, une fois un pôle sud d’où le nom de bipolaire
Le rotor est en fer doux et comporte un nombre de pôles différent du stator. Le rotor se
déplace pour que le flux le traversant soit maximum. Ces moteurs n'ont pas de couple de
maintien si aucune bobine n'est alimentée
Les moteurs à réluctance variable ont été parmi les premiers modèles de moteurs pas à pas.
Actuellement, ils sont rencontrés et utilisez assez rarement. Dans ce type de moteur, le rotor est
constitué de plusieurs dents en fer doux. Lorsque les bobines du stator sont alimentées en
courant continu, la dent du rotor est attirée par le champ magnétique. Grâce à la commutation
séquentielle, le rotor tourne selon l'angle déterminé par la structure du moteur.
Les moteurs de ce type, bien que de leur construction soit simple et bien qu’ils soient faciles à
contrôler, ont une faible résolution et un faible couple
2-1 Moteurs à réluctance variable :
CONSTITUTION Il comprend:
- Un stator bobiné (électro-aimant) dont la polarité (N,S) dépend du sens du courant alimentant
la bobine ou la phase.
- Un rotor qui porte des aimants permanents qui s’alignent suivant son champ magnétique
2-1 MOTEUR A AIMANTS PERMANENTS
C’est le modèle dont le fonctionnement est le plus simple.
Embout avant
Embout arrière
Bàtit principale
Arbre
Connexions
électrique
Ce moteur superpose le principe de fonctionnement des moteurs à aimant permanent
et à reluctance variable et combine leurs avantages.
Il est donc à réluctance variable mais avec un rotor à aimants permanents. L'avantage
est un nombre de pas très élevé.
2-1 MOTEUR HYBRIDE
Le rotor est constitué de 2 disques dentés décalés
mécaniquement à fin d’obtenir une bonne résolution
avec un couple moteur assez élevé.
Entre ces 2 disques est inséré un aimant permanent.
La structure du stator reste la même.
2-1 MOTEUR HYBRIDE, Principe de fonctionnement
Le nombre de dents au rotor est diffèrent de celui du stator. Quand on alimente une
paire de bobines, le rotor place les dents Nord et Sud de telle façon que le flux
traversant le rotor soit maximale.
Performance :
Le couple moteur est élevé avec une bonne résolution. On peut aller jusqu’à 400 pas par
tour et même plus pour des modèles spécifiques. Grâce aux excellentes performances de ce
moteur, son coût est assez élevé avec une vaste utilisation dans l’industrie.
Etude comparative des moteurs pas à pas
Le tableau ci-dessous présente les avantages de l’un par rapport à l’autre : Tableau 1
Les applications Des moteur pas à pas
-Les moteurs pas à pas sont très utilisés dans toutes les applications mécaniques ou l’on
doit contrôler simplement la position ou la vitesse d’un système en boucle ouverte,
typiquement dans les systèmes de positionnement et d'indexation.
Par exemple utilisés en robotique (positionnement des axes, vitesse variable du robot),
les imprimantes classiques et imprimantes 3D, les scanner , les photocopieurs et les
platines vinyle de DJ.
-En informatique (déplacement d’une tête de lecture d’une lecture, déplacement de la tête
d’impression, avance du papier pour les imprimantes)
En astronomie (positionnement du télescope pour suivre un astre) et dans la réception TV
par satellites (positionnement d’une parabole).
Ils sont présents aussi dans les pompes à perfusion, pousse-seringues, système de
positionnement sur machine industrielle et machine-outil.
Parmi les principaux avantages du moteur pas à pas
-il y a un fonctionnement précis,
-un contrôle facile de la position du rotor et de sa vitesse rotative.
- une structure relativement simple et un faible coût de la solution finie.
- Le couple du moteur est très élevé à bas régime.
-Il n'y a pas de balais dans la construction du moteur, ce qui se traduit par une durabilité
mécanique élevée et une fiabilité accrue.
-Le démarrage rapide grâce à un couple élevé,
- l’arrêt facile grâce à un couple de maintien élevé et la possibilité de changer rapidement le
sens de rotation.
Avantages et inconvénients des moteurs pas à pas
Le besoin en énergie est l’un des inconvénients plus importants du du moteur pas à pas.
Le moteur doit être alimentée à la fois lorsqu'il est en mouvement et lorsqu'il est arrêté.
-Le couple du moteur est le plus élevé à un régime relativement bas et il diminue à un régime
élevé.
-Comme nous avons mentionné ci-dessus, il est fortement lié au courant traversant les bobines
qui dépend à son tour de leur impédance, qui augmente avec l'augmentation de la fréquence de
commutation.
- Pour ces raisons il est impossible d'obtenir une vitesse rotative élevée tout en maintenant le
couple et la capacité du moteur à « supporter » la charge réglée. Si le couple est insuffisant cela
entraîne un phénomène appelé le glissement ou la perte de pas. Par conséquent, un mécanisme
de rétroaction est nécessaire pour une commande fiable du moteur, qui peut être mis en œuvre
par exemple sur la base d'un codeur ou d'un autre type de capteur. Grâce à lui, le contrôleur du
moteur peut « s'assurer » que le moteur a effectué le nombre de pas réglé
Les inconvénients et inconvénients des moteurs pas à pas
CHAPITRE V :
LES MOTEURS LINÉAIRES
ML
-Un moteur linéaire est un moteur électrique dont les « rotor » et « stator » ont été « mis à
plat ».
-Alors qu'un moteur rotatif classique produit un couple (rotation), le moteur linéaire produit une
force (translation) permettant le déplacement d'objets ou de véhicules.
1-les Moteurs Linéaires
2-Principes (Expérience du rail de Laplace )
Un moteur linéaire électrique est basé sur le principe de la force de Laplace.
-Une tige métallique, cylindrique, placée au contact de deux rails conducteurs d'électricité,
horizontaux et fermant un circuit électrique parcouru par un courant continu, l'ensemble étant
placé dans un champ magnétique vertical uniforme, subit alors une force de Laplace.
Si l est la longueur de la tige, B la valeur du champ magnétique, et I la valeur du courant, la
force de Laplace vaut ici
F= I.B.l
I
F
B
I
Les ML sont constituées d’une partie mobile (rotor)et d’un partie fixe (Stator) dont les positions
peuvent être inversées. Elles peuvent se présenter sur trois formes de structures :
a)- forme plate.
b)- forme plate en U.
c)- forme cylindrique.
3. Principales architectures d’actionneurs linéaires
Il y a deux grandes familles du ML:
- à géométrie plate
- à géométrie tubulaire.
3-1- Classement des moteurs linéaires selon leur géométrie
Pour les structures plates, il est possible de réaliser des actionneurs à stator unique ou à
stator double.
1- Les actionneurs linéaires plate
a. Stator unique (Primaire unique )
Cette structure est la plus utilisée, car elle s’intègre facilement dans la majorité des applications
C’est une variante simple qui s’intègre aisément dans les applications courantes mais qui
présente une force d’attraction importante entre stator et partie mobile, figure (I.4)
b. Stator double (Primaire double ) : elle permet d’obtenir, d’une part des forces de poussées
plus élevées que pour la structure à stator unique et d’autre part d’alléger la partie mobile,
car si cette dernière est bien centrée, la résultante des forces d’attraction est alors nulle. Ils
sont les plus utilises dans l’industrie, et peuvent être divises en trois parties :
- les moteurs linéaires à inductions,
-les moteurs synchrone linéaires ,
-les moteurs linéaires à courant continu.
Le primaire se compose des enroulements équilibrés qui sont uniformément places dans les
encoches. Le secondaire est construit par une plaque conductrice.
Quand les enroulements de primaire sont alimentés par un système triphasé de tension
alternatif, un champ magnétique de traction apparaît sur la longueur du primaire.
Ce champ tourne à une vitesse synchrone dans l'entrefer et par conséquence, il induit des
courants de Foucault dans la plaque secondaire.
L’interaction du champ magnétique primaire avec le champ magnétique des courants de
Foucault donnent la naissance à la force de poussée qui déplace et crier le mouvement du
moteur.
C- Principe de fonctionnement
C- Effets d’extrémités
Comme il a été présenté ci-dessus, le moteur linéaire est caractérisé par des extrémités
ouvertes. À cause de ces ouvertures, le circuit magnétique du moteur linéaire a toujours
d’importants effets d’extrémités, les effets d’extrémités de longueur et de largeur finie.
a. Structure tubulaire à partie mobile interne
Cette variante permet une meilleure utilisation du volume disponible. Tout comme la structure
à stator double, la résultante des forces d’attraction est théoriquement nulle à condition que la
structure soit bien centrée,
2-Les actionneurs linéaires cylindriques
b. Structure tubulaire à partie mobile externe
La puissance volumique d’une structure à partie mobile externe est très comparable à celle
d’une structure à partie mobile interne, figure (I.7). Cependant, la structure à partie mobile
externe est plus délicate à ajuster.
Pour les différentes structures de moteur linéaire, le mouvement de la partie mobile
est soit dû à un effet de réluctance variable pur, soit à la présence d’aimants
permanents, ou alors à un effet combiné.
1-Les moteurs linéaires synchrone
Plusieurs types de moteur synchrone sont possibles.
1-1 Moteurs synchrones à aimant permanent. Dans ce type de moteur, la force de poussée est
due à la partie électrodynamique de l’équation du couple électromagnétique.
Les aimants peuvent se trouver au stator comme au rotor.
A- Les moteurs synchrones alimentés par du courant alternatif :
1-2 Moteurs synchrones à réluctance variable (LSynRM).
Dans ce type de moteur, la partie réactive est constituée uniquement de matériaux
ferromagnétiques dont la réluctance varie en fonction de la position.
Ce type de moteur a une densité de force plus faible que les moteurs à aimants permanents.
La poussée dépend de la variation de réluctance entre les axes d et q (Axe de réluctance
maximal et minimal).
Certaines topologies vont utiliser des barrières de flux ou de l’acier laminé dans la partie
réactive afin d’augmenter la différence de réluctance entre les axes d et q et ainsi obtenir de
meilleures performances.
1-3 Moteur à commutation de flux à aimants permanents (Flux-Switching PM motor).
Un moteur à commutation de flux est une topologie particulière de moteur synchrone à
aimants permanents.
Les aimants permanents sont placés dans l’armature ferromagnétique de la partie active,
entre les enroulements.
Cette topologie est prometteuse car elle permet d’avoir une densité de forces importantes
tout en ayant une partie réactive simple et peu coûteuse. Ce moteur sera analysé en détail à
la section 3.
B- Les moteurs synchrones alimentés par du courant continu :
Moteurs pas à pas, (Stepper motor).
Les moteurs stepper sont des moteurs DC sans balai où le mouvement (linéaire ici) va être
divisé en un nombre fini d’étapes. Pour chaque étape, il y a une activation spécifique
d’enroulement pour créer la poussée.
Ce type de moteur peut contenir des aimants permanents ou être à variation de réluctance.
Ces moteurs sont très précis et ne possèdent pas de senseur de position. Ils sont utilisés
surtout dans l’industrie pour la haute précision et la répétabilité.
B- Les moteurs synchrones alimentés par du courant continu :
Moteurs commutés à réluctance (Switched reluctance motor).
Ces moteurs ont une topologie similaire aux moteurs stepper mais ils possèdent des capteurs de
position qui vont déclencher l’alimentation des bobinages.
Les moteurs synchrones ont tendance à générer en plus de la force de poussée une force
normale d’attraction entre la partie mobile et la partie fixe du rotor.
Cette force qui peut être à première vue, vue comme négative dans le cas d’un train à lévitation
peut paradoxalement être avantageuse pour la lévitation dans le cas d’une suspension
électromagnétique.
les moteurs linéaires synchrones à réluctance variable sont des moteurs de constitution très
simple.
La partie active du moteur sera généralement composée d’enroulements insérés dans les
fentes d’un matériau ferromagnétique.
La partie réactive sera, elle, généralement composée d’un arrangement de matériaux
ferromagnétiques de telle sorte que la réluctance varie en fonction de la position.
Ces moteurs peuvent être à ‘’stator court” ou à ‘’stator long”.
2-Les moteurs linéaires asynchrone (à induction )
Dans un moteur linéaire à induction la partie active est constituée d’enroulements et la
partie réactive est constituée d’une feuille conductrice ou en fer solide.
Les enroulements vont créer un champ magnétique variable ce qui va induire des courants
de Foucault (Eddy current) dans la feuille conductrice.
L’interaction entre ces courants et le champ magnétique va créer une poussée via la
force de Lorentz.
2- Classement des moteurs linéaires selon leur circuit magnétique
Motorisation
Dans le cadre d'un moteur linéaire asynchrone, le champ magnétique généré dans la voie est
alternatif, avec au moins trois phases et une onde se déplaçant à une vitesse v1. Dans la partie
mobile, le récepteur peut n'être qu'une simple plaque conductrice, ou brins parallèles entre
eux (et perpendiculaires à la trajectoire) reliés aux extrémités, comme la cage à écureuil d'un
moteur rotatif asynchrone mise à plat. Les courants de Foucault (si plaque ou tige en long), ou
courants induits (si barreaux), s'opposant à la variation de flux magnétique (loi de Lenz),
mettent en mouvement le tracteur, qui atteint une vitesse v2 atteignant presque v1 (la
différence étant le glissement)[N 1]. Inversement, le champ magnétique peut être aussi généré
dans la partie mobile, et le secondaire (le rail) être une simple plaque conductrice où sont
induits les courants de Foucault.
Un des principaux avantages du moteur linéaire est sa force à des vitesses faibles, sa
précision, et une usure plus faible (moins de contacts, car on obtient directement une force et
non un couple
II- Le moteur linéaire synchrone à aimants permanents
MLS
Schéma de principe d’un moteur linéaire
à aimants permanents
1- Constitution d'un MLS
Les principaux éléments, bobines et aimants, sont simplement arrangés différemment pour
produire une force et non un couple. Il est essentiellement composé de deux parties,
• un primaire, partie mobile, composée d’un bobinage et d’un circuit ferromagnétique, c’est
le translateur (équivalent du rotor dans les moteurs rotatifs).
• un secondaire, partie fixe, composée d’une série d’aimants permanents déposés sur un
socle en fer (équivalent du stator dans les moteurs rotatifs).
2- Principe de fonctionnement
-En alimentant le bobinage triphasé par un système de courants triphasés équilibrés
de fréquence f,
-on crée un champ glissant dans l'entrefer du MLS
-L'interaction entre ce champ et le champ crée par les aimants permanents provoque une
poussée linéaire (équivalente au couple du moteur tournant) qui est motrice.
-Le rotor se déplace alors dans la direction de la force à une vitesse proportionnelle à la
fréquence d’alimentation.
-le champ magnétique glissant se déplace à une vitesse linéaire donnée par la formule
suivante :
La force développée par un moteur linéaire résulte de la transformation d’une partie de l’énergie
électrique absorbée par la machine en énergie mécanique, cette transformation est généralement
accompagnée de pertes joules occasionnant des échauffements.
Les efforts résultants de cette transformation sont :
• Les efforts tangentiels, dans le sens de déplacement, sont les efforts utiles.
• Les efforts normaux, perpendiculaire au déplacement, sont des efforts parasites.
Dans une structure à aimants permanents sont la source de contraintes mécaniques sur la structure,
sont souvent beaucoup plus importants que les efforts tangentiels, sont dus principalement à
l’interaction entre les aimants permanents et la structure de l’induit.
3- les efforts d’un MLS
La principale force de déplacement est une force tangentielle. Elle peut se calculer par
la loi de Laplace. Les autres forces sont perturbatrices.
3.1-La forces de poussée
Un avantage important du moteur linéaire est de générer directement une force de
poussé, sans système intermédiaire.
La force de Lorentz se réduit à la force de Laplace en absence de charge électrostatique .
La force électromagnétique F s'exprime alors :
Pour N conducteurs la force vaut :
3.1-La forces de poussée
3.2 Les forces perturbatrices
La longueur finie du primaire dans le MLS se répercute sur son fonctionnement en
introduisant des effets particuliers généralement parasites.
3.2.1 Force de détente /Effet d'encoches :
Un des effets indésirables des MLs réside dans la force de détente
qui provoque des ondulations de la force de poussée. Ceci crée des perturbations quant
aux positionnements du rotor surtout à des vitesses très faibles.
 D’autre part, il constitue une source supplémentaire de vibrations pour la structure
mécanique liée au moteur linéaire.
3.2.1 Force de détente
Définition : la force de détente est présente dans tout moteur linéaire qui utilise le fer et
constitue l’attraction du fer sur les aimants permanents.
Pour illustrer ces propos, nous montrons sur la figure II.2, les deux composantes de la force
attractive qui s'exerce entre les aimants et les dents du primaire :
- la composante suivant l'axe de déplacement est appelée force de détente ;
- la composante suivant l'axe perpendiculaire à l'axe de déplacement définie comme étant
la force normale.
(En l'absence de courant dans les bobines du
primaire)
L'amplitude de la Force de détente
L'amplitude de cette force varie suivant la position relative entre les aimants et les dents du
primaire.
Pendant le déplacement de l'aimant, une dent va voir une force qui augmente, diminue et
devient nulle lorsque les lignes de champ sont parfaitement perpendiculaires à la surface de la
dent.
Cette force change de sens, relativement au déplacement, suivant si l’aimant est en amont ou
en aval de la dent : d’où l’allure sinusoïdale.
3.2.1 . La force Normale
Dans les actionneurs linéaires synchrones à aimants permanents, la force normale
(c’est-à-dire perpendiculaire au déplacement) est la source des contraintes mécaniques
sur la structure.
En présence de courant, ces phénomènes d’interaction aimant/ fer sont toujours présents mais
ne correspondent plus à la définition de la force de détente. On parlera donc d’ondulations de
force, la force de poussée n’étant alors que la composante utile de la force électromagnétique.
L’interaction aimant / fer participe aux ondulations de force qui sont indésirables pour le bon
fonctionnement de l’actionneur.
Dans la littérature, les forces de denture (cogging) et les forces d’extrémités sont regroupées
sous le nom de force de détente :
3.2.1 Force de détente (En présence de courant)
La force d’extrémités Fextrémité (la force de dent )est due à la longueur finie du primaire. Elle a
les mêmes origines que la force de détente mais s’exerce sur les faces latérales des extrémités
du moteur.
De par la constitution du primaire qui dispose d’un nombre pair de pôles et de
l’obligation d’avoir des encoches extrêmes à une couche, le dernier pôle du primaire est
subdivisé en 2 parties qui se trouvent aux 2 extrémités. Le nombre d’encoches est alors
généralement impair. Par conséquent, les deux extrémités du primaire se trouvent, quelle
que soit la position, en face de deux aimants de même polarité. C'est-à-dire que les deux
forces d'extrémités ont le même sens. Pour compenser ces deux forces, la méthode adoptée
par le constructeur du M.L consiste à augmenter l'épaisseur du fer du primaire d'un côté et
le réduire de l'autre côté. Ceci permet d'avoir les deux extrémités du primaire face à deux
aimants de polarités différentes. Par conséquent, les forces s'exerçant sur les extrémités sont
de sens contraire. La figure II.5 donne une vision de ces forces.
3.2.2 Force d'extrémités
1-L'inclinaison des encoches du primaire ou des aimants permanents des moteurs
linéaires afin de réduire la force de détente .
Solutions adoptées pour réduire la force de détente
1- Effets d'encoches : force de détente
Solutions adoptées pour réduire la force de détente
Il existe une autre méthode d'arrangement des aimants et qui consiste à les décaler
les uns par rapport aux autres avec la même longueur . Ce qui a le même effet que
l'inclinaison
h : hauteur de surplomb des aimants δs : décalage des aimants δ: angle d'inclinaison
2-arrangement des aimants
Solutions adoptées pour réduire la force de détente
3-La forme des encoches du primaire
La force de détente dépend aussi de la forme des encoches utilisées dans le primaire.
Exemple :
si on analyse cette force dans les deux cas où on utilise les encoches ouvertes ou semi-fermées ,
on obtient une force de détente cinq fois plus petite en utilisant les encoches semi-fermées.
Toutefois, le flux de fuite aux becs d’encoche augmente et ainsi l'efficacité du moteur diminue.
2-Force d'extrémités
1-incliner le fer des extrémités du primaire d'une manière opposée afin de compenser les
deux forces d'extrémités
Moteur à flux axial
Moteur à flux axial à gauche et moteur à flux radial à droite.
Moteur à flux axial
Dans les moteurs à flux axial, le flux se déplace le long de l'axe de rotation du moteur,
Dans les moteurs à flux radial, le flux se déplace perpendiculairement à l'axe de rotation.
Les moteurs à flux radial et axial se distinguent par la direction du déplacement du flux
électromagnétique.
I- structure du MFA
Dans un moteur radial, c'est le rotor qui se trouve à l'intérieur des bobines et qui tourne, tandis
que dans un moteur axial, ce sont les deux disques extérieurs qui tournent autour du disque
central fixe (stator) avec le bobinage.
Rotors
stator
Aimants
bobines
De manière simplifiée, on peut considérer le
moteur axial comme une inversion du moteur
radial.
I- Principe du moteur à flux axial
Lorsque on' alimente la bobine, elles deviennent des électro-aimants. Le fonctionnement du
moteur axial dépend de l’interaction entre l’aimant permanent et les électro-aimants.
Dans la conception des moteurs à flux axial, les bobines fixes et les aimants permanents à
rotation libre constituent la disposition des bobines du moteur à flux axial, comme le montre
la figure 2.
I- Principe du moteur à flux axial
1- Lorsque j'alimente la bobine A avec un courant continu, le pôle S du rotor est attiré vers le pôle N
opposé du stator (voir fig 3a). Simultanément, les pôles semblables se repoussent.
Les composantes de la force tangentielle font tourner le rotor (voir fig 3b). Lorsque le rotor s'aligne
avec la bobine A, la force nette agissant sur l'aimant permanent devient nulle.
Le processus se répète constamment et le
rotor continue de tourner.
2- Pendant ce temps, la bobine suivante B
est alimentée (voir fig 4). Le rotor
s'approche alors de la bobine B en raison
des mêmes forces d'attraction et de
répulsion.
3- Plus tard, la bobine C est alimentée.
Après cela, dans le demi-tour suivant.
1’-la bobine A est à nouveau alimentée,
mais cette fois avec la polarité opposée,
simplement en changeant les sens
d'alimentation.
I- Principe du moteur à flux axial
L'effet combiné produit plus de couple et de puissance du
rotor. Il est intéressant de noter que ce processus garantit
également que le moteur a un couple de sortie constant.
Cependant, dans cette opération, deux bobines sont toujours mortes.
Ces bobines mortes réduisent considérablement la puissance du moteur.
Pour résoudre le problème, alimentez simplement une paire de bobines
supplémentaire en faisant simplement passer
le courant de polarité opposée à travers la
deuxième bobine du côté du stator,
deux pôles sud sont réunis.
Ici encore, une force tangentielle nette est
développée (voir Fig. 5).
1-Le premier facteur de différenciation est le cheminement du flux dans les machines.
Lorsque je compare le modèle de flux magnétique des deux moteurs, j’observe que le
chemin d’écoulement du flux du moteur axial est beaucoup plus dense et plus court que celui
du moteur à induction.
Moteur à flux axial vs moteur à flux radial
Dans les moteurs à flux radial, certaines
boucles de champ interagissent rarement avec
le rotor comme je l'ai montré sur la figure 6.
En revanche, dans les moteurs axiaux, la
majorité des lignes de flux se situent dans la
zone de travail utile, pour générer du couple.
- l'interaction entre le champ magnétique du stator et le rotor génère un couple.
Pour cette raison, le moteur à flux axial obtient une densité de flux plus élevée, générant
ainsi un couple de sortie plus élevé pour la même taille de moteur.
Moteur à flux axial vs moteur à flux radial
2- Le deuxième facteur de différenciation est le diamètre plus grand. Dans les moteurs à flux
axial, les aimants du rotor peuvent être situés plus loin de l’axe de rotation central. un rayon
plus grand permet au moteur de générer plus de couple (voir fig 7).
Cependant, si j'essaie d'augmenter le diamètre des moteurs à induction, l'inertie du rotor
augmentera, ce qui peut amener le moteur à détecter d'énormes courants lors du
démarrage.
Les moteurs à flux axial contrôlent ce problème, car les rotors ont déjà moins d’inertie.
Ces moteurs légers constituent le meilleur choix pour les avions électriques. Ainsi, en raison
de leur niveau d’efficacité incroyable et de leur taille compacte, les moteurs à flux axial
peuvent même devenir un bon choix dans les voitures électriques.
Couple = Rayon X Force
Avantages du moteur à flux axial ?
Les avantages de ces moteurs sont :
1- Sa forme : Les moteurs AC à flux axial sont compacts et plus large que long.
Ceci leur permet de très bien dissiper la chaleur et d’être très facilement intégrable sur
véhicules.
De plus, cette meilleure gestion de la chaleur permet de moins perdre de puissance et
permet aux moteurs AC à flux axial d’avoir un rendement exceptionnel.
Un bon rendement et un poids minimum vous permettrons d’économiser fortement votre
batterie et donc de gagner en autonomie.
2-sa flexibilité en matière d’applications: Robotique, tracteur agricole, équipements
médicaux, engins logistique, industrie… Les Moteurs électriques à flux axial sont utilisables
pour de la traction comme en stationnaire.
Domaines d’applications du moteur à flux axial ?

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  • 1. Matière : Machines Spéciales
  • 2. Matière : Machines Spéciales Les machines électriques spéciales sont des machines électriques développées pour des applications spécifiques.
  • 3. Ces machines sont de plus en plus utilisées dans les systèmes de contrôle de position, la robotique et la mécatronique, les véhicules électriques et le transport à grande vitesse Les machines spéciales sont des machines industrielles, réalisées et fabriquées sur mesure pour répondre à des besoins spécifiques de fabrication et d'utilisation. Les machines spéciales peuvent être intégrées à une chaîne de production ou utilisées indépendamment. Elles peuvent être soit fixes, soit partiellement mobiles avec un raccordement à une partie fixe, soit totalement mobiles. Les raccordements sont adaptés selon les situations.
  • 4. Introduction aux machines spéciales Il existe plusieurs autres types de machines électriques telles que -les moteurs pas à pas, - les moteurs à réluctance variable, - les moteurs CC et CA à aimant permanent, - les moteurs CC sans balais, - les machines électriques linéaires, -les machines à flux axial à aimants permanents, etc., inventées pour des applications spécifiques.
  • 5. Introduction aux machines spéciales lave-vaisselle Machine à laver Hotte De Aspiration  Dans les installations domestiques, il n’existe pas, en général, de distribution triphasée. On est donc amené, pour des utilisations courantes à utiliser des moteurs alternatifs monophasés.
  • 6. Introduction aux machines spéciales  les véhicules électriques et le transport à grande vitesse le moteur à réluctance de Tesla ?
  • 7. Introduction aux machines spéciales  la robotique et la mécatronique, Le Servomoteur" Le moteur DC continu Moteurs pas à pas. Vous souhaitez fabriquer un robot? Vous souhaitez le faire bouger, que se soit ses roues, ses jambes, les pistes, ses bras, ses doigts, des tourelles de capteurs ? Vous allez sans doute avoir besoin de moteurs à un moment ou un autre !
  • 8. Introduction aux machines spéciales Ces machines sont de plus en plus utilisées dans les systèmes -de contrôle - de position, - la robotique et la mécatronique, -les véhicules électriques et le transport à grande vitesse
  • 9. Introduction aux machines spéciales Les machines électriques développées pour des applications spécifiques sont appelées machines électriques spéciales
  • 10. CHAPITRE I : LE MOTEUR MONOPHASE (Single-Phase Motors ) https://youtu.be/qpKybaLURy0
  • 11. I. INTRODUCTION De très nombreux matériels de faible puissance utilisés en réfrigération domestique ou en petite climatisation sont équipés de moteurs monophasés (réfrigérateurs, congélateurs, climatiseurs individuels, petites pompes à chaleur...). Les moteurs monophasés à phase auxiliaire, bien qu'ils soient très répandus, sont souvent beaucoup plus méconnusque les moteurs triphasés. Le but de ce chapitre n'est pas d'étudier pourquoi ou comment ces moteurs tournent, mais de savoir raccorder électriquement et dépanner ce type de matériel ainsi que les accessoires nécessaires au fonctionnement (condensateurs et relais de démarrage).
  • 12. I. INTRODUCTION La vitesse de rotation d’un moteur monophasé est toujours inférieure à la vitesse du synchronisme. Ces moteurs sont -de faible puissance ( <1KW )et ont généralement, un mauvais rendement : η ≅ 0,6 - et un faible facteur de puissance : Cos φ ≅ 0,5 Les moteurs à induction monophasés sont généralement utilisés dans les systèmes nécessitent une petite conversion de puissance (inférieure à 1 KW), ils sont appelés moteurs à puissance fractionnaire.
  • 13. Ces moteurs peuvent être classés dans les quatres catégories de base suivantes : 1. Moteurs à induction monophasés 1.1 Type à phase divisée 1.2 Type de condensateur 1.3 Type de poteau ombragé 2. Moteurs série AC ou moteurs universels 3. Moteurs à répulsion 3.1 Moteurs à induction à démarrage par répulsion (moteurs pas à pas) 3.2 Moteurs à induction à répulsion 4. Moteurs synchrones 4.1 Moteurs à réluctance 4.2 Moteurs à hystérésis. 2- Classification des moteurs monophasés
  • 14. Le moteur monophasé est un moteur composé -d’une seule phase -et alimenté par un courant électrique monophasé. le moteur à induction monophasé (Fig.1) le plus trouvé dans l'industrie, Il est largement utilisé pour l'entraînement électrique d'appareil à vitesse constante de faible puissance telle que les machines-outils, les appareils domestiques et les machines agricoles dans des circonstances où une alimentation triphasée n'est pas facilement disponible. - Leur principe de fonctionnement est plus compliqué que celui des moteurs triphasés. •MOTEURS MONOPHASÉS
  • 15. 3. CONSTRUCTION DU MOTEUR À INDUCTION MONOPHASÉ : Le moteur à induction monophasé est caractérisé par une construction très simple et robuste. Il se compose de deux parties principales : - le stator (stationnaire) - et le rotor (tournant) à cage d'écureuil semblable à celui des moteurs triphasés. - Qui sont séparé par un entrefer.
  • 16. Le stator porte un enroulement réparti dans les fentes découpées sur la périphérie interne comme illustré dans la figure suivante. Deux bobinages disposés verticalement à l'intérieur des encoches du stator : •L'un est l'enroulement principal (ou courant). • Enroulement auxiliaire (ou enroulement de démarrage) L'enroulement auxiliaire a le même nombre de pôles que l'enroulement principal.
  • 17. 3. CONSTRUCTION DU MOTEUR À INDUCTION MONOPHASÉ : Deux bobinages disposés verticalement à l'intérieur des encoches du stator : •Enroulement principal bobiné de façon à former des pôles dont le nombre détermine la vitesse de la machine. • Enroulement auxiliaire (ou enroulement de démarrage) qui fonctionne seulement durant la brève période de démarrage. L'enroulement auxiliaire a le même nombre de pôles que l'enroulement principal.. L’enroulement principal et le plus petit enroulement auxiliaire sont disposés à 90° l’un de l’autre. La raison de cet agencement sera expliquée plus loin.
  • 18. Le rotor Est entouré sur un arbre, Il se compose ;  d'un noyau cylindrique stratifié avec des fentes;  des barres en aluminium sont moulées sur les fentes et court- circuitées aux deux extrémités avec un anneau comme le montre la figure ci-dessous. Rotor à cage d’écureuil Ce type de rotor est appelé "Rotor à cage d'écureuil".
  • 19. https://youtu.be/awrUxv7B-a8 How to Connect a Single Phase Motor https://youtu.be/UVjJvJMHzyI https://youtu.be/2XYdTogWcIA Demarrage d’un moteur à induction monophasé Single Phase Induction Motor (Capacitor Induction Motor or AC Motor) explained https://youtu.be/FDerrQw99KU https://youtu.be/eyqwLiowZiU How does a Stepper Motor work? Animation technique : Comment fonctionne un servomoteur https://youtu.be/hg3TIFIxWCo Le moteur de Tesla Model 3 – Une ingénierie de génie à son service https://youtu.be/UQ9Cfk-ovXs
  • 20. Vitesse synchrone Tout comme pour les moteurs polyphasés, la vitesse synchrone d'un moteur asynchrone monophasé est exprimée par la formule:
  • 21. I- FONCTIONNEMENT DU MOTEUR À INDUCTION MONOPHASÉ - Plus petit qu’un moteur triphasé - Moins de fils d’alimentation qu’un moteur triphasé Mais ça a l’air quand même plus compliqué! - Ça tourne comment et ça sert à quoi tous ces accessoires ?
  • 22. FONCTIONNEMENT DU MOTEUR À INDUCTION MONOPHASÉ : -Si on alimente une bobine avec un courant alternatif monophasé , on va créer entre les deux bobines un champ alternatif pulsé. Expérience (théorème de Leblanc) Par conséquent, si on applique le même principe sur le moteur à induction monophasé, le moteur ne démarre pas automatiquement.
  • 23. • Nature du champ produit dans les moteurs à induction monophasés Y le « principe de Ferrari » θ Фm ½Фm/ ½Фm/ θ θ Фm cosθ le champ pulsé Фm peut être résolu en deux composantes - tournant dans le sens opposé à la même vitesse synchrone. -de la moitié de l'amplitude, La résultante des deux champs est Ф= Фm cosθ. un champ alternatif monophasé peut être considéré comme la somme de deux champs tournants en sens inverse et à la même vitesse
  • 24. Contrairement aux moteurs diphasés et triphasés, les moteurs monophasés sont connues par des vibrations rapide même lorsque le moteur tourne à vide. Cette vibration résulte du fait qu’un moteur monophasé reçoit une puissance électrique pulsative alors qu’il débite une puissance mécanique pulsative. . Vibration des moteurs monophasés
  • 25. Le couplage du moteur monophasé : comment brancher un moteur monophasé ? Le couplage du moteur monophasé sur un réseau monophasé est simple. Il suffit juste de vérifier que la tension d’alimentation correspond bien à la tension nominale.
  • 26. Inversion de sens de rotation -moteur à condensateur permanent, on peut inverser le sens de rotation car les deux enroulements sont toujours en service. dans ce type de moteur, les deux enroulement sont identique . -le commutateur est en position 1, la tension de la ligne apparait aux bornes de l’enroulement A et le condensateur est en série avec l’enroulement B. -le commutateur bascule en position 2, le moteur ralentir, arrete, puis retourne à pleine vitesse dans le sens opposé. un simple commutateur à deux pôles 1 et 2 permet de changer la rotation .
  • 27. -moteur contient un interrupteur centrifugé, -on ne peut pas changer la rotation lorsque le moteur est en marche. Si l’on inverser les bornes de l’enroulement principal, le moteur continuera à tourner dans le même sens. Inversion de sens de rotation Pour inverser le sens de rotation des moteurs monophasés, on doit intervertir les bornes de l’enroulement principal ou de l’enroulement auxiliaire. Cependant,
  • 28. Caractéristiques en charge des moteurs asynchrones le rendement et le facteur de puissance d’un moteur asynchrone monophasé à puissance fractionnaire et bas.
  • 29. II- LE DÉMARAGE DU MOTEUR À INDUCTION MONOPHASÉ https://youtu.be/O_88s09gPgk?t=71
  • 30. Si la machine est mise en rotation par un moyen mécanique extérieur, le rotor produit un couple qui fait accélérer la machine dans le sens initial de sa rotation. Mais le fait qu'elle ne démarre pas toute seule constitue un inconvénient majeur. 1- Démarrage mécanique :
  • 31. On place un enroulement de démarrage auxiliaire (Figure 4-7). à angle droit de l'enroulement principal du stator de telle sorte que les courants qui les parcourent soient déphasés de 90° (1/4 de période). Le champ magnétique est alors décalé de 90° par rapport à l'alignement du champ initial et le rotor tend à s'aligner avec les pôles magnétiques, créant ainsi un couple de démarrage. le moteur tourne en permanence dans le même sens après avoir été démarré. Une fois le moteur en marche, l'enroulement auxiliaire est souvent débranché du circuit à l'aide d'un interrupteur centrifuge. 2- Moteur à enroulement auxiliaire de démarrage Le déphasage n'atteint pas les 90° souhaités, et les champs magnétiques ne sont pas égaux. Il en résulte un couple de démarrage plus faible que dans le cas des autres moteurs.
  • 32. Les courants capacitifs déphasent la tension en avant de 90°. En ajoutant des condensateurs, on obtient un déphasage du courant dans un enroulement par rapport à l'autre. Il en résulte un couple de démarrage plus élevé que ne peut en produire un moteur à enroulement auxiliaire de démarrage. On utilise les moteurs à condensateur pour des applications nécessitant un couple de démarrage élevé, par exemple dans le cas des compresseurs ou des climatiseurs. Leur puissance assignée s'élève jusqu'à environ 10 HP. 3. Moteurs à condensateurs
  • 33. Condensateur permanent et condensateur de démarrage les condensateur de démarrage est donc adapté pour des application ayant un couples constant car un fort couple est requis des le démarrage. Exemple: -compresseurs, broyeurs, presses, extrudeuses Le condensateur permanent ,lui , est plutôt adapté aux machines centrifuges ayant un couple parabolique. En effet, le couple résistant étant faible , un fort couple au démarrage n’est donc pas nécessaire. Exemple -des pompes , ventilateurs et ..
  • 34. Dans les moteurs à condensateur de démarrage, un condensateur est raccordé en série avec l'enroulement de démarrage et il est dimensionné de façon à optimiser le couple de démarrage (Figure 4-9). Figure 4-9 : Moteur à condensateur de démarrage L'enroulement de démarrage est mis hors circuit par un interrupteur centrifuge ou un relais électronique lorsque le moteur a atteint sa vitesse de fonctionnement. 3.1 Moteurs à condensateur de démarrage Le couple de démarrage est plus élevé que dans les moteurs à condensateur de marche avec des caractéristiques de fonctionnement comparables à celles d'un moteur à enroulement auxiliaire de démarrage.
  • 35. Les moteurs à condensateur de marche possèdent un condensateur raccordé en permanence en série à l'un des enroulements du stator afin d'assurer un équilibre acceptable entre un bon couple de démarrage et de bonnes caractéristiques de fonctionnement (Figure 4-8). 3-2 Moteurs à condensateur permanent de marche (PSC) Figure 4-8 : Moteurs à condensateur de marche Ils présentent un couple de démarrage et des caractéristiques de fonctionnement meilleurs que les moteurs à enroulement auxiliaire de démarrage; on les appelle parfois moteurs à condensateur permanent (PSC). Ex :Les moteurs de ventilateurs des nouvelles chaudières sont quelques fois équipés de moteurs à condensateur de marche.
  • 36. le couple de démarrage que les caractéristiques de fonctionnement sont optimisés. 3.3 Moteurs à condensateurs de démarrage et de marche Figure 4-10 : Moteur à condensateurs de démarrage et de marche Ce type de moteur utilise un condensateur raccordé en série avec l'enroulement principal du stator, optimisé pour les caractéristiques de fonctionnement (Figure 4-10). Un second condensateur monté en série avec l'enroulement de démarrage optimise le couple de démarrage. Le condensateur de démarrage est mis hors circuit lorsque le moteur a atteint sa vitesse de fonctionnement.
  • 37. Caractéristiques en charge des moteurs asynchrones Le couple diminue subitement de 9.5 N.m à 2.8 N.m mais le moteur continu à accélérer jusqu’à une vitesse de 1760 tr/min correspondant à la vitesse de pleine charge. -la période d’accélération : C enroulements principale et auxiliaire >>Cn Vrotor =1370 tr/min l’interrupteur centrifuge s’ouvre: le moteur tombe subitement sur la caractéristique couple-vitesse de l’enroulement principal seul.
  • 38. Le moteur à bagues de court-circuit est très répandu dans les puissances inférieures à 50W car il ne contient pas de phase auxiliaire conventionnelle. Dans ce petit moteur monophasé à cage l’enroulement auxiliaire est constitué d’une seule spire de cuivre en court-circuit en orme de bague disposée autour d’une portion de caque pole saillant. Cette spire entour une partie Ф2 du champ alternatif Ф1 créé par l’enroulement principal de sort qu’un courant alternatif est induit dans la bague. Ce courant produit un flux Фa qui est déphasé en arriére des flux Ф2 et Ф2 . Ce déphasage des flux Фa et Фs produit un champ tournant suffisant pour assurer le émarrage.Meme si le couple de démarrage le rendement et le FP sont faibles, la simplicité du bobinage et l’absence d’interrupteur centrifuge donnent à ce type de moteur un avantage marqué. Le sens de rotation de ce moteur ne peut étre changé ; il est imposé par la position des bagues. Moteur à bagues de court-circuit (Shaded-pole motor)
  • 39. 4-Comment brancher un moteur monophasé ? Tout d’abord, un moteur électrique 220v est accompagné soit - d’un condensateur permanent - de deux condensateurs. La question comment brancher un moteur monophasé concerne les deux possibilités précédentes.
  • 40. Les moteurs monophasés à phase auxiliaire sont constitués de 2 enroulements. • L'enroulement Principal P constitué d'un gros fil prévu pour rester en permanence sous tension et pour supporter l'intensité nominale du moteur. • L'enroulement Auxiliaire A est constitué d'un fil plus fin, donc plus résistant, ce qui permettra de le repérer facilement. 4-1 Enroulements du moteur monophasé N L
  • 41. 4-1 Enroulements du moteur monophasé On peut en conclure le schéma interne suivant • La résistance la plus forte se trouve entre (2) et (3). La troisième borne (1) est donc le Commun C. • La résistance la plus faible se trouve entre (1) et (3). Il s'agit de l'enroulement Principal P. • C'est donc entre (1) et (2) qu'est raccordé l'enroulement Auxiliaire A
  • 42. • Le moteur est donc constitué de deux enroulements, un principal et un auxiliaire. • Nous avons vu que le rôle de l'enroulement auxiliaire est de créer un champ magnétique tournant. • Pour obtenir ce champ, il faut que le courant circulant dans l'enroulement auxiliaire soit décalé par rapport à l'enroulement permanent. • Pour cela, nous pouvons utilise un condensateur monté en série avec l'enroulement auxiliaire 4-2 Les condensateurs de marche et de démarrage.
  • 43. Ils ont une faible capacité et sont reconnaissables de par leurs grandes tailles. Ils sont constitués de manière à rester en permanence sous tension. Les condensateurs de marche.
  • 44. Ils ont une importante capacité ( parfois › 100 ųf ). Ils sont plus petits que les condensateurs de marche. Il ne faut surtout pas les laisser plus de 5 à 10 secondes sous tension car ils s'échauffent et ils risquent d'exploser. Les condensateurs de démarrage.
  • 45. MOTEUR MONOPHASÉ 3 FILS à condensateur permanent 4-2 Branchement moteur monophasé avec un seul condensateur sens de rotation horaire. 220V r R Ph N https://youtu.be/O_88s09gPgk
  • 46. MOTEUR MONOPHASÉ 3 FILS à condensateur permanent Condensateur permanent 4-2 Branchement moteur monophasé avec un seul condensateur sens de rotation horaire. L1 N1
  • 47. MOTEUR MONOPHASÉ 3 FILS à condensateur permanent Branchement moteur monophasé avec un seul condensateur sens de rotation horaire.
  • 48. Branchement moteur monophasé avec un seul condensateur sens de rotation horaire. MOTEUR MONOPHASÉ 3 FILS à condensateur de démarrage et coupleur
  • 49. Branchement moteur monophasé avec un seul condensateur sens de rotation horaire. MOTEUR MONOPHASÉ 3 FILS à condensateur de démarrage et relais
  • 50. Branchement moteur monophasé avec un seul condensateur sens de rotation horaire. MOTEUR MONOPHASÉ 3 FILS à condensateur de démarrage et relais
  • 51. Branchement moteur monophasé avec un seul condensateur sens de rotation horaire. MOTEUR MONOPHASÉ 3 FILS à condensateur de démarrage et relais
  • 52. Branchement moteur monophasé avec un seul condensateur sens de rotation horaire. MOTEUR MONOPHASÉ 4 FILS Convoyeurs à bande
  • 53. 4-3 Dépannage Pour contrôler un moteur électrique il faut : - S’équiper des E.P.I. (gants et masque facial) - Contrôler si il y a de la tension aux bornes du circulateur avec un multimètre réglé en voltmètre. - Contrôler si les enroulements sont en court-circuit ou non avec un multimètre réglé en ohmètre. - Contrôler le condensateur.
  • 54. 4-3 Dépannage - Le Contrôler de condensateur. • Enlever le cache du condensateur et débrancher les fils du condensateur • Décharger le condensateur avec un tournevis • Contrôler la résistance du condensateur Le condensateur est bon mais coupé: R = infini I Le condensateur est en court circuit: R = 0L Effectuer la mesure de la capacité. Uf (micro-farad) = valeur inscrite sur le condensateur
  • 55. Le moteur à bagues de court-circuit est très répandu dans les puissances inférieures à 50W car il ne contient pas de phase auxiliaire conventionnelle. Dans ce petit moteur monophasé à cage l’enroulement auxiliaire est constitué d’une seule spire de cuivre en court-circuit en orme de bague disposée autour d’une portion de caque pole saillant. Cette spire entour une partie Ф2 du champ alternatif Ф1 créé par l’enroulement principal de sort qu’un courant alternatif est induit dans la bague.Ce courant produit un flux Фa qui est déphasé en arriére des flux Ф2 et Ф2 . Ce déphasage des flux Фa et Фs produit un champ tournant suffisant pour assurer le émarrage.Meme si le couple de démarrage le rendement et le FP sont faibles, la simplicité du bobinage et l’absence d’interrupteur centrifuge donnent à ce type de moteur un avantage marqué. Le sens de rotation de ce moteur ne peut étre changé ; il est imposé par la position des bagues. Moteur à bagues de court-circuit (Shaded-pole motor)
  • 57. II- moteur universel 1- Moteur universel - Un moteur qui peut fonctionner soit au courant alternatif (ca) soit au courant continu (cc) est appelé moteur universel. - Il est également connu sous le nom de moteur série monophasé. - Mais pourquoi moteur série? - Et pas shunt
  • 58. II- moteur universel 2- Moteur shunt : • Dans un moteur shunt à cc, l'enroulement de champ a une résistance R𝒇 élevée et est connecté en parallèle avec l'enroulement d'induit R𝑎. • Basé sur la loi d'Ohm, I = V/R, cette résistance R𝒇 élevée limite le flux de courant dans l'enroulement de champ en fonctionnement CC. R𝒇 R𝒂 • L'enroulement de champ possède cependant un grand nombre de spires, ce qui entraîne une réactance inductive élevée X𝒇= . L𝒇 lorsqu'il est connecté à une source CA, où l'inductance est donnée par L = N2/R et R est la réluctance.
  • 59. II- moteur universel 2- Moteur shunt : R𝒇 R𝒂 • L'enroulement de champ hautement inductif a tendance à retarder l'inversion du courant de l'enroulement de champ, ce qui provoque un décalage de phase considérable entre le courant d'induit et le flux produit par l'enroulement de champ. • Il en résulte ainsi un couple moyen réduit, ce qui peut ne pas être acceptable pour la taille du moteur. Par conséquent, un moteur à courant continu shunt n’est jamais conçu pour les applications à courant continu et alternatif. • La résistance Rf élevée et la réactance inductive élevée Xf diminuent le flux de courant dans l'enroulement de champ en fonctionnement CA. Le flux créé est donc faible, puisque = N.I/ R .
  • 60. II- moteur universel 3- Moteur série : • Dans un moteur série à courant continu, l'enroulement de champ et l'enroulement d'induit sont connectés en série. En conséquence, le même courant circule dans les deux enroulements. R𝒇 R𝒂 • L'enroulement série a peu de tours ; ainsi sa réactance inductive est faible en fonctionnement alternatif. Un moteur série à courant continu spécialement conçu pour un fonctionnement en courant alternatif est appelé moteur universel. •Par conséquent, le flux produit dans l'enroulement de champ est en phase avec le courant d'induit même lorsqu'il est connecté à une source CA.
  • 61. moteur universel - courant continu - courant alternatif -le rotor est connecté en série avec l'enroulement inducteur, ce qui permet que les courants du rotor et du stator soient toujours dans le même sens.
  • 62. 2- CONSTRUCTION DU MOTEUR UNIVERSEL La construction d'un moteur universel est très similaire à la construction d'une machine à courant continu. STATOR (1) : Partie fixe, circuit magnétique sur lequel sont placées les bobines inductrices. ROTOR (2) : Arbre en acier supportant un ensemble de tôles magnétiques. Les bobines magnétiques ont les extrémités soudées aux lames du collecteur. COLLECTEUR : Partie du rotor constitué de lamelles de cuivre où frottent les balais. F LASQUES (3) : Elles supportent les paliers. PORTES BALAIS(4) : Reçoivent les balais qui alimentent l’induit. ANTI – PARASITAGE(5) : La plupart des moteurs universels sont antiparasités.
  • 63. FONCTIONNEMENT DU MOTEUR UNIVERSEL -Lorsque le moteur universel est alimenté en courant continu, il fonctionne comme un moteur série. - Lorsque le courant circule dans l'enroulement du champ, il produit un champ électromagnétique. -Le même courant provient également des conducteurs d'induit. -Lorsqu'un conducteur sous tension est placé dans un champ électromagnétique, il subit une force mécanique. -En raison de cette force mécanique, ou couple, le rotor commence à tourner. -La direction de cette force est donnée par la règle de la main gauche de Fleming. 1-Alimentation en courant continu
  • 64. FONCTIONNEMENT DU MOTEUR UNIVERSEL 2-Alimentation en courant alternatif -Lorsqu'il est alimenté en courant alternatif, il produit toujours couple unidirectionnel. (Parce que l'enroulement d'induit et l'enroulement de champ sont connectés en série, ils sont dans la même phase). Par conséquent, lorsque la polarité de l'AC change périodiquement, le sens du courant dans les enroulements d'induit et de champ s'inverse en même temps. Ainsi, la direction du champ magnétique et la direction du courant d'induit s'inverse de telle sorte que la direction de la force subie par les conducteurs d'induit reste la même.
  • 65. FONCTIONNEMENT DU MOTEUR UNIVERSEL quelle que soit l’alimentation CA ou CC, le moteur universel fonctionne sur le même principe que le moteur série DC
  • 66. La vitesse de rotation du moteur universel est inversement proportionnelle à sa charge. Ainsi, si la charge augmente, la vitesse de rotation diminue. Inversement, si la charge diminue, la vitesse de rotation du moteur augmente. A vide, ce type de moteur peut atteindre une vitesse de rotation de 5 000 à 25 000 tour min-1, selon ses caractéristiques de construction. La construction électrique du moteur universel permet de faire varier sa vitesse de rotation assez facilement pour une charge constante: Il suffit en effet de faire varier le courant d'alimentation à l'aide d'un rhéostat ou d'un circuit électronique branché en série avec le moteur. L'inversion du sens de rotation du moteur s'effectue en inversant le sens du courant soit dans les pôles, soit dans l'induit. La vitesse de rotation du moteur universel
  • 67. 2- Le couple du moteur universel) -Le couple de cette machine est indépendant du sens de circulation du courant et est proportionnel au carré de son intensité. Les moteurs universels sont employés dans des applications nécessitant un couple de démarrage élevé, comme c'est le cas de certaines perceuses. Le couple développé par le moteur cc Tem= K.φ.I
  • 68. Moteur série (moteur universel) -Mais pourquoi pas ??
  • 69. Moteur série (moteur universel) Le couple de la machine est indépendant du sens de circulation du courant (couple proportionnel au carré du courant) I I Id U U Iin U alternatif I alternatif <Tem>= K.φ.<I > =0 Le moteur no tourne pas φ Φ= b.I Tem= K.b.I² <Tem>= K.φ.<I² > Alimentation par U alternatif <Tem> et >0
  • 70. CARACTERISTIQUES VITESSE / CHARGE Les caractéristiques de vitesse / charge d’un moteur universel sont similaires à celles d’un moteur à courant continu. la vitesse d'un moteur universel est faible à pleine charge et très élevé à vide. Habituellement, les trains d’engrenages sont utilisés pour obtenir la vitesse requise sur la charge requise. La caractéristique vitesse / charge sont les suivantes (pour les alimentations en courant alternatif et en courant continu).
  • 71. L'utilisation de ces moteurs en courant alternatif est très répandue en raison du couple de démarrage plus élevé par rapport à celui des moteurs à induction et de sa vitesse de rotation élevée, ce qui permet de réduire sa taille et son prix. Le moteur universel est sans aucun doute le moteur électrique le plus utilisé dans l'industrie des appareils électroménagers. Généralement utilisé dans les machines-outils portables de toutes sortes, petits appareils tels que les scies électriques, perceuses, ustensiles de cuisine, des ventilateurs, des ventilateurs, des mélangeurs et d'autres applications où avec des charges faibles ou petites forces de résistance est nécessaire à grande vitesse. Ces moteurs à courant alternatif et à courant continu, y compris universel, se distinguent par leur enroulement et brosses collecteur UTILISATION D’UN MOTEUR UNIVERSEL
  • 72. Le moteur universel à courant alternatif présente les avantages suivants: - Le moteur universel présente un couple de démarrage élevé au démarrage. - Ce type de moteur électrique peut atteindre des vitesses plus élevées (jusqu'à environ 25 000 tr / min) par rapport aux vitesses possibles avec des moteurs asynchrones à la fréquence du réseau. - Comme avec un moteur à courant continu normal, la vitesse peut être facilement ajustée en faisant varier la tension du moteur. AVANTAGES ET INCONVENIENTS
  • 73. • les charbons : Le point faible de ce type de moteur est les charbons. Tout le courant doit passer par les charbons, qui appuient fortement sur le collecteur et doivent être remplacés toutes les 500 heures environ . On peut réduire les parasites de commutation grâce à l'utilisation de petits condensateurs et de selfs sur les câbles des charbons. •L'appel de courant est très important lors de la mise en route, souvent plus important que l'appel de courant d'un moteur asynchrone de même puissance. Un système de limitation n'est normalement pas prévu parce que les moteurs ne sont utilisés que pour de basses puissances. •Le moteur produit également un couple variable qui dépend de la position actuelle du rotor et de la fréquence du réseau (ces moteurs sont toujours monophasés et ce réseau produit une pulsation de 100Hz). Ce moteur produit donc plus de vibrations et de bruit qu'un moteur asynchrone. •Ces moteurs ont également un moins bon rendement que les moteurs asynchrones (cage d'écureuil) et synchrones. Points faibles
  • 74. les caractéristiques d'un moteur universel -Il peut fonctionner en courant continu ou en courant alternatif -Le couple de démarrage est très élevé. -La vitesse est directement proportionnelle au courant. -Pour inverser le sens de rotation, le sens du courant dans l'un des enroulements est inversé. -En courant alternatif, il se comporte de la même manière qu'un moteur série à courant continu. -Fonctionnant en courant alternatif, la puissance est moindre que lorsqu'il fonctionne en courant continu. -Contrairement aux moteurs asynchrones, le rotor du moteur universel tourne à la même vitesse que le champ magnétique du stator. -Le circuit électrique est très simple, il n'a qu'un seul chemin pour la circulation du courant, car le circuit est connecté en série. -Non conçu pour une utilisation pendant de longues périodes. -Il n'a pas besoin des aimants permanents.
  • 75. les caractéristiques d'un moteur universel -Sa vitesse diminue avec la charge et n’a pas de rapport avec la fréquence du courant ni avec le nombre de paires de pôles. -Il peut tourner très vite (Plus de 10 000 tr/mn). Sa vitesse est facilement réglable par action sur la tension d’alimentation, en général par l’intermédiaire d’un variateur électronique (triac). -Son rendement η et son cos φ sont mauvais. -Il a un assez bon couple de démarrage et le courant d’appel est assez élevé.
  • 76. CHAPITRE II : LE MOTEUR A RELUCTANCE VARIABLE MRV
  • 77. II.1 Introduction Un moteur a réluctance variable comporte un rotor à encoches non aimanté se positionnant dans la direction de la plus faible réluctance. Le fonctionnement du moteur est assuré par un pilotage du type unipolaire et l'avance du rotor est obtenue en excitant tour à tour une paire de pôles du stator.
  • 78. Le moteur à réluctance variable MRV est un moteur synchrone qui fonctionne comme un électro-aimant. Il est constitué de deux parties en mouvement relatif dont l'une est électriquement active (stator) et l'autre passive (rotor). Le stator comprend un circuit magnétique denté muni de bobinages, Le rotor est simplement un circuit ferromagnétique denté, mais sans aucun conducteur ni aimant. On peut noter que lorsque le moteur n’est pas alimenté, comme il n’y a pas d’aimant permanent, le rotor peut prendre n’importe quelle position II- Composition d’un moteur pas à pas à réluctance variable MRV :
  • 79. La réluctance est le terme pour définir la résistance dans un champ ("circuit") magnétique, et elle a tendance à changer selon le matériaux qu'elle traverse : gaz ou fer par exemple. On parle ici de réluctance variable car on se concentre avant tout ici sur le champ magnétique qui se produit dans ce type de moteur. -Elle dépend de l'importance de l'entrefer , Plus il y aura un espace (entrefer) important entre le stator et le rotor, plus la réluctance sera importante. μ Pourquoi réluctance variable ? R= l/(μ.A) avec μ= μ0. μr R= l/(μ0.A) Ф l A
  • 80. Fonctionnement du moteur électrique à réluctance variable -le stator est ici incarné par plusieurs phases / bobines (nombre paire obligatoire). -Chaque phase est doublée, ce qui veut dire qu'une phase correspond à deux bobinages l'un en face de l'autre : ils seront commutés en même temps. Le but est qu'il y ait une ligne de champ magnétique qui vienne lier les deux pôles.
  • 81. Fonctionnement du moteur électrique à réluctance variable Au centre, le rotor (barreau de ferrite) n'est ni un matériaux aimanté / magnétique ni un matériaux sur lequel on pourra induire du courant ... Alors comment peut-il marcher puisque le rotor ne semble pas pouvoir être sensible aux bobines du stator ? Essayons de décrypter tout cela ... Si les moteurs électriques traditionnels utilisent la force magnétique pour provoquer une interaction directe entre les rotor et stator , le MRV va quant à lui faire la chose de manière un peu différente (malgré que ce soit toujours la force magnétique qui soit employée) ...
  • 82. Fonctionnement du moteur électrique à réluctance variable Comme la force magnétique "préfère" se propager dans de la matière ferreuse plutôt que de l'air, on va utiliser cela pour faire bouger le rotor.
  • 83. Fonctionnement du moteur électrique à réluctance variable Cette fois-ci on va utiliser un autre phénomène physique : la réluctance variable selon l'importance de l'entrefer . Ce champ magnétique va subir une plus grande résistance en traversant de l'air (entrefer), et ce dernier va vouloir naturellement limiter cet espace (constitué de vide) en le réduisant au maximum (comme si une corde se tendait). Le résultat est que le rotor va bouger et se positionner pour que l'espace soit le plus faible possible. Quand j'active une double phase , je crée un champ magnétique qui va vouloir se propager de la bobine de la phase jusqu'à la dent du rotor.
  • 84. Fonctionnement du moteur électrique à réluctance variable Voici un moteur pas à pas dont la conception concerne plutôt les machines pas à pas de précision R= l/(μ.A)
  • 85. Fonctionnement du moteur électrique à réluctance variable Si on s'arrête ici (on laisse alimenté cette phase) le moteur est bloqué dans cette position. Et chaque position représente un pas, d'où le nom de moteur pas à pas. La réluctance s'est ici drastiquement réduite grâce au phénomène physique . Et c'est tant mieux car cela a permis de faire légèrement tourner le rotor.
  • 86. Fonctionnement du moteur électrique à réluctance variable On continue sur d'autres phases, la génération d'un champ magnétique induit donc la formation d'un circuit magnétique qui n'aime vraiment pas traverser l'air : l'entrefer se réduit et donc le rotor se met à tourner pour arriver dans la position où ce fameux entrefer est diminué à son maximum. Autant l'expliquer de plusieurs manières afin de multiplier vos chances de compréhension
  • 87. Fonctionnement du moteur électrique à réluctance variable Ainsi de suite ... Et ici l'électronique de puissance est particulièrement utile pour piloter ce genre de moteur
  • 88. -on alimente successivement les différentes bobines. (le sens d’alimentation n’a pas d’importance car le rotor n’est pas polarisé). Les modes de commande d’un moteur pas à pas à réluctance variable : 1- Fonctionnement en pas entier : - Le rotor va prendre une position telle qu’une des paires de dents soit alignée avec la bobine alimentée.
  • 89. -En alimentant 2 bobines. 2- Fonctionnement en mode « High Torque » (fort couple) : - Le rotor prendra donc les positions intermédiaires, - le couple sera plus élevé dans ce mode que dans le mode précédent. Les modes de commande d’un moteur pas à pas à réluctance variable :
  • 90. -En combinant les deux modes précédents, -On obtient un fonctionnement en 24 pas, et donc une résolution de 15°. -Le fonctionnement est illustré par l’animation ci-contre. Globalement le nombre de pas (en fonctionnement pas entier) d’un moteur pas à pas à réluctance variable est donné par la formule suivante : avec Np nombre de pas Ns nombre de dents du stator Nr nombre de dents du rotor 3- Fonctionnement en mode demi-pas : Les modes de commande d’un moteur pas à pas à réluctance variable :
  • 91. Fonctionnement du moteur à réluctance variable (automobile) Le fonctionnement du moteur à réluctance consiste à jouer sur la plus grande facilité du champ magnétique à traverser le fer que l'air. Les trous dans le rotor vont donc permettre de créer une sorte de poignée pour le champ tournant généré dans le stator. En gros, les boucles magnétiques tournantes vont se caler à l'intérieur du rotor pour que la réluctance soit la plus faible possible. Il faut en effet forcer pour "décrocher" le champ magnétique du stator quand les boucles magnétiques traversent de manière optimale le rotor ferreux.
  • 92. Ce moteur est plein d'avantages, notamment économique : -pas cher à produire il est aussi compacte et léger (parfait pour l'intégration et l'économie d'énergie grâce à la réduction de la masse). -Son rendement est désormais très bon grâce à l'emploi de matériaux optimaux pour le rotor mais aussi par l'emploi d'une électronique de puissance programmée aux petits oignons qui permet d'améliorer l'efficience de ce moteur. on parle aujourd'hui d'un rendement jusqu'à 95%, ce qui est pour le coup le meilleur moteur électrique qui soit. Cela est en grande partie du au fait que ce moteur ne chauffe pas beaucoup, et donc on a moins de perte thermique (un moteur thermique perd la majorité de son énergie en chaleur ...). Avantages et inconvénients du moteur à réluctance variable
  • 93. On en arrive donc aux inconvénients, -ce moteur est particulièrement difficile à exploiter et les marques qui se lancent dans l'aventure ont intérêt d'avoir des ingénieurs de qualité pour arriver à leur fin. -La fabrication est aussi assez compliquée puisque ce moteur nécessite un assemblage de grande précision. -- Les entrefers doivent en effet être les plus réduits possibles afin d'obtenir un rendement satisfaisant. Avantages et inconvénients du moteur à réluctance variable
  • 94. Fonctionnement du moteur électrique à réluctance variable Dans une voiture il ressemble plutôt à ça, à savoir un rotor nettement plus aérodynamique ! Il va en effet tourner à des régimes très élevés, il ne faut donc pas de forme en hélice. Ici on distingue les 3 pôles au niveau du stator. Le blanc représente du vide dans le rotor (il est ici ferreux), ce qui va permettre de jouer sur la variabilité de la réluctance (le champ magnétique traverse bien le fer, beaucoup moins l'air).
  • 95. CHAPITRE III : LES MOTEURS PAS A PAS
  • 96. 1-Moteur pas à pas Energie Electrique (Impulsion électrique de fréquence f) Energie mécanique (déplacement angulaire appelée ou le pas P ) Convertir Moteur pas à pas Un moteur pas à pas est une machine qui tourne en fonction des impulsions électriques reçues dans ses bobinages.
  • 97. 1-Moteur pas à pas Alimentation du Moteur pas à pas Si on lui fournit un courant continu dans une certaine séquence contrôlée et qui provoque la rotation, La rotation est peut être continue soit on marche avant ou en marche arriéré ou nous pouvons contrôler la rotation par petits pas pour un contrôle de haute précision - Le moteur peut même s’arrèter à un point souhaité et maintenir cette position
  • 98. 1-Moteur pas à pas Le moteur sont plus utile dans l’automatisation et la fabrication, car ils offrent un contrôle de précision c’est pourquoi nous trouvons des moteurs pas a pas utiliser partout que se soit dans les imprimante 3d, les machines CNC , les scanners d’implrimantes Utilisation des Moteur pas à pas
  • 99. 1-Moteur pas à pas L'angle de rotation minimal entre deux modifications des impulsions électriques s'appelle un pas(∅𝑝). On caractérise un moteur par le nombre de pas par tour Np (c'est à dire pour 360°). Le nombre du pas par tour est déterminé par la relation suivante : Exemple Si le moteur a 200 pas alors chaque pas est de 1,8° 360°/200pas =1,8°par pas L'angle de rotation
  • 100. Selon le critère de base, les types de moteurs pas à pas sont divisés en fonction de leur : -construction - nombre de phases nécessaires pour alimenter les bobines. -En fonction de la conception, les types de moteurs diffèrent par leur objectif (application cible), leur résolution et le couple obtenu. 2- Types de moteurs pas à pas
  • 101. MOTEUR A AIMANTS PERMANENTS Le moteur pas à pas MOTEUR A RELUCTANCE VARIABLE MOTEUR HYBRIDE Il existe trois types de moteur : à aimant permanent, à reluctance variable et hybrides. Dans tous les types de moteur, on positionne le rotor en modifiant la direction d'un champ magnétique crée par les bobinages du stator. 2- Types de moteurs pas à pas
  • 102. CONSTITUTION Il comprend: - Un stator bobiné (électro-aimant) dont la polarité (N,S) dépend du sens du courant alimentant la bobine ou la phase. - Un rotor qui porte des aimants permanents qui s’alignent suivant son champ magnétique 2-1 MOTEUR A AIMANTS PERMANENTS C’est le modèle dont le fonctionnement est le plus simple. Embout avant Embout arrière Bàtit principale Arbre Connexions électrique
  • 103. CONSTITUTION Il comprend: - Un stator bobiné (électro-aimant) dont la polarité (N,S) dépend du sens du courant alimentant la bobine ou la phase. - Un rotor qui porte des aimants permanents qui s’alignent suivant son champ magnétique 2-1 MOTEUR A AIMANTS PERMANENTS C’est le modèle dont le fonctionnement est le plus simple. Embout avant Embout arrière Bàtit principale Arbre Connexions électrique
  • 104. 2-1 MOTEUR A AIMANTS PERMANENTS Les moteurs à aimants permanents se subdivisent en deux types : a) les moteurs unipolaires b) les moteurs bipolaires Sur un plan fondamental, ces deux types fonctionnent exactement de la même manière ; des électro-aimants sont activés de façon séquentielle, ce qui induit l'arbre moteur central à tourner. Un moteur est dit unipolaire lorsqu’un enroulement crée toujours un pôle de même nom, Il est dit bipolaire lorsqu’un enroulement crée soit un pôle nord soit un pôle sud selon le sens du courant.
  • 105. 2-1 Moteur pas à pas unipolaire - fonctionnement en pas complet Le principe de fonctionnement du moteur pas à pas en pas complet est illustré sur la figure 1. 2- Après avoir déplacé de ce décalage, un autre électroaimant (bobine ou bobines) sur le stator est activé et le rotor est ramené à sa nouvelle position. 1-Lorsque la bobine est sous tension, l'électroaimant créé est attiré par un aimant (dent) monté sur le rotor, déplacé d’un certain décalage par rapport à lui. Le rotor et l'arbre tournent alors de l'angle auquel sa position s'oppose le moins au flux magnétique ou à la résultante de plusieurs flux. 3- En commutant des bobines successives, il est possible d'effectuer d'autres pas vers l'avant ou vers l'arrière, ou d'effectuer une rotation complète ou partielle du rotor et de l'arbre avec lui.
  • 106. 2-2 Moteur pas à pas - fonctionnement en mode demi-pas Le rotor tourne de la moitié de l'angle nominal. Le principe du fonctionnement du moteur en mode demi-pas est présenté sur la figure 2. En conséquence nous obtenons une augmentation du couple par rapport au fonctionnement avec l’alimentation monophasée, un fonctionnement « plus doux » du moteur et le doublement précité de la résolution angulaire. Pour un fonctionnement en demi-pas, une alimentation alternative de deux phases (bobines) est nécessaire.
  • 107. 2-1 Moteur pas à pas bipolaire - fonctionnement en pas complet Le moteur bipolaire : Les bobines d’un moteur bipolaire sont alimentées une fois dans un sens, une fois dans l’autre sens. Ils créent une fois un pôle nord, une fois un pôle sud d’où le nom de bipolaire
  • 108. Le rotor est en fer doux et comporte un nombre de pôles différent du stator. Le rotor se déplace pour que le flux le traversant soit maximum. Ces moteurs n'ont pas de couple de maintien si aucune bobine n'est alimentée Les moteurs à réluctance variable ont été parmi les premiers modèles de moteurs pas à pas. Actuellement, ils sont rencontrés et utilisez assez rarement. Dans ce type de moteur, le rotor est constitué de plusieurs dents en fer doux. Lorsque les bobines du stator sont alimentées en courant continu, la dent du rotor est attirée par le champ magnétique. Grâce à la commutation séquentielle, le rotor tourne selon l'angle déterminé par la structure du moteur. Les moteurs de ce type, bien que de leur construction soit simple et bien qu’ils soient faciles à contrôler, ont une faible résolution et un faible couple 2-1 Moteurs à réluctance variable :
  • 109. CONSTITUTION Il comprend: - Un stator bobiné (électro-aimant) dont la polarité (N,S) dépend du sens du courant alimentant la bobine ou la phase. - Un rotor qui porte des aimants permanents qui s’alignent suivant son champ magnétique 2-1 MOTEUR A AIMANTS PERMANENTS C’est le modèle dont le fonctionnement est le plus simple. Embout avant Embout arrière Bàtit principale Arbre Connexions électrique
  • 110. Ce moteur superpose le principe de fonctionnement des moteurs à aimant permanent et à reluctance variable et combine leurs avantages. Il est donc à réluctance variable mais avec un rotor à aimants permanents. L'avantage est un nombre de pas très élevé. 2-1 MOTEUR HYBRIDE Le rotor est constitué de 2 disques dentés décalés mécaniquement à fin d’obtenir une bonne résolution avec un couple moteur assez élevé. Entre ces 2 disques est inséré un aimant permanent. La structure du stator reste la même.
  • 111. 2-1 MOTEUR HYBRIDE, Principe de fonctionnement Le nombre de dents au rotor est diffèrent de celui du stator. Quand on alimente une paire de bobines, le rotor place les dents Nord et Sud de telle façon que le flux traversant le rotor soit maximale. Performance : Le couple moteur est élevé avec une bonne résolution. On peut aller jusqu’à 400 pas par tour et même plus pour des modèles spécifiques. Grâce aux excellentes performances de ce moteur, son coût est assez élevé avec une vaste utilisation dans l’industrie.
  • 112. Etude comparative des moteurs pas à pas Le tableau ci-dessous présente les avantages de l’un par rapport à l’autre : Tableau 1
  • 113. Les applications Des moteur pas à pas -Les moteurs pas à pas sont très utilisés dans toutes les applications mécaniques ou l’on doit contrôler simplement la position ou la vitesse d’un système en boucle ouverte, typiquement dans les systèmes de positionnement et d'indexation. Par exemple utilisés en robotique (positionnement des axes, vitesse variable du robot), les imprimantes classiques et imprimantes 3D, les scanner , les photocopieurs et les platines vinyle de DJ. -En informatique (déplacement d’une tête de lecture d’une lecture, déplacement de la tête d’impression, avance du papier pour les imprimantes) En astronomie (positionnement du télescope pour suivre un astre) et dans la réception TV par satellites (positionnement d’une parabole). Ils sont présents aussi dans les pompes à perfusion, pousse-seringues, système de positionnement sur machine industrielle et machine-outil.
  • 114. Parmi les principaux avantages du moteur pas à pas -il y a un fonctionnement précis, -un contrôle facile de la position du rotor et de sa vitesse rotative. - une structure relativement simple et un faible coût de la solution finie. - Le couple du moteur est très élevé à bas régime. -Il n'y a pas de balais dans la construction du moteur, ce qui se traduit par une durabilité mécanique élevée et une fiabilité accrue. -Le démarrage rapide grâce à un couple élevé, - l’arrêt facile grâce à un couple de maintien élevé et la possibilité de changer rapidement le sens de rotation. Avantages et inconvénients des moteurs pas à pas
  • 115. Le besoin en énergie est l’un des inconvénients plus importants du du moteur pas à pas. Le moteur doit être alimentée à la fois lorsqu'il est en mouvement et lorsqu'il est arrêté. -Le couple du moteur est le plus élevé à un régime relativement bas et il diminue à un régime élevé. -Comme nous avons mentionné ci-dessus, il est fortement lié au courant traversant les bobines qui dépend à son tour de leur impédance, qui augmente avec l'augmentation de la fréquence de commutation. - Pour ces raisons il est impossible d'obtenir une vitesse rotative élevée tout en maintenant le couple et la capacité du moteur à « supporter » la charge réglée. Si le couple est insuffisant cela entraîne un phénomène appelé le glissement ou la perte de pas. Par conséquent, un mécanisme de rétroaction est nécessaire pour une commande fiable du moteur, qui peut être mis en œuvre par exemple sur la base d'un codeur ou d'un autre type de capteur. Grâce à lui, le contrôleur du moteur peut « s'assurer » que le moteur a effectué le nombre de pas réglé Les inconvénients et inconvénients des moteurs pas à pas
  • 116. CHAPITRE V : LES MOTEURS LINÉAIRES ML
  • 117. -Un moteur linéaire est un moteur électrique dont les « rotor » et « stator » ont été « mis à plat ». -Alors qu'un moteur rotatif classique produit un couple (rotation), le moteur linéaire produit une force (translation) permettant le déplacement d'objets ou de véhicules. 1-les Moteurs Linéaires
  • 118. 2-Principes (Expérience du rail de Laplace ) Un moteur linéaire électrique est basé sur le principe de la force de Laplace. -Une tige métallique, cylindrique, placée au contact de deux rails conducteurs d'électricité, horizontaux et fermant un circuit électrique parcouru par un courant continu, l'ensemble étant placé dans un champ magnétique vertical uniforme, subit alors une force de Laplace. Si l est la longueur de la tige, B la valeur du champ magnétique, et I la valeur du courant, la force de Laplace vaut ici F= I.B.l I F B I
  • 119. Les ML sont constituées d’une partie mobile (rotor)et d’un partie fixe (Stator) dont les positions peuvent être inversées. Elles peuvent se présenter sur trois formes de structures : a)- forme plate. b)- forme plate en U. c)- forme cylindrique. 3. Principales architectures d’actionneurs linéaires
  • 120. Il y a deux grandes familles du ML: - à géométrie plate - à géométrie tubulaire. 3-1- Classement des moteurs linéaires selon leur géométrie
  • 121. Pour les structures plates, il est possible de réaliser des actionneurs à stator unique ou à stator double. 1- Les actionneurs linéaires plate a. Stator unique (Primaire unique ) Cette structure est la plus utilisée, car elle s’intègre facilement dans la majorité des applications C’est une variante simple qui s’intègre aisément dans les applications courantes mais qui présente une force d’attraction importante entre stator et partie mobile, figure (I.4)
  • 122. b. Stator double (Primaire double ) : elle permet d’obtenir, d’une part des forces de poussées plus élevées que pour la structure à stator unique et d’autre part d’alléger la partie mobile, car si cette dernière est bien centrée, la résultante des forces d’attraction est alors nulle. Ils sont les plus utilises dans l’industrie, et peuvent être divises en trois parties : - les moteurs linéaires à inductions, -les moteurs synchrone linéaires , -les moteurs linéaires à courant continu.
  • 123. Le primaire se compose des enroulements équilibrés qui sont uniformément places dans les encoches. Le secondaire est construit par une plaque conductrice. Quand les enroulements de primaire sont alimentés par un système triphasé de tension alternatif, un champ magnétique de traction apparaît sur la longueur du primaire. Ce champ tourne à une vitesse synchrone dans l'entrefer et par conséquence, il induit des courants de Foucault dans la plaque secondaire. L’interaction du champ magnétique primaire avec le champ magnétique des courants de Foucault donnent la naissance à la force de poussée qui déplace et crier le mouvement du moteur. C- Principe de fonctionnement
  • 124. C- Effets d’extrémités Comme il a été présenté ci-dessus, le moteur linéaire est caractérisé par des extrémités ouvertes. À cause de ces ouvertures, le circuit magnétique du moteur linéaire a toujours d’importants effets d’extrémités, les effets d’extrémités de longueur et de largeur finie.
  • 125. a. Structure tubulaire à partie mobile interne Cette variante permet une meilleure utilisation du volume disponible. Tout comme la structure à stator double, la résultante des forces d’attraction est théoriquement nulle à condition que la structure soit bien centrée, 2-Les actionneurs linéaires cylindriques
  • 126. b. Structure tubulaire à partie mobile externe La puissance volumique d’une structure à partie mobile externe est très comparable à celle d’une structure à partie mobile interne, figure (I.7). Cependant, la structure à partie mobile externe est plus délicate à ajuster. Pour les différentes structures de moteur linéaire, le mouvement de la partie mobile est soit dû à un effet de réluctance variable pur, soit à la présence d’aimants permanents, ou alors à un effet combiné.
  • 127. 1-Les moteurs linéaires synchrone Plusieurs types de moteur synchrone sont possibles. 1-1 Moteurs synchrones à aimant permanent. Dans ce type de moteur, la force de poussée est due à la partie électrodynamique de l’équation du couple électromagnétique. Les aimants peuvent se trouver au stator comme au rotor. A- Les moteurs synchrones alimentés par du courant alternatif :
  • 128. 1-2 Moteurs synchrones à réluctance variable (LSynRM). Dans ce type de moteur, la partie réactive est constituée uniquement de matériaux ferromagnétiques dont la réluctance varie en fonction de la position. Ce type de moteur a une densité de force plus faible que les moteurs à aimants permanents. La poussée dépend de la variation de réluctance entre les axes d et q (Axe de réluctance maximal et minimal). Certaines topologies vont utiliser des barrières de flux ou de l’acier laminé dans la partie réactive afin d’augmenter la différence de réluctance entre les axes d et q et ainsi obtenir de meilleures performances.
  • 129. 1-3 Moteur à commutation de flux à aimants permanents (Flux-Switching PM motor). Un moteur à commutation de flux est une topologie particulière de moteur synchrone à aimants permanents. Les aimants permanents sont placés dans l’armature ferromagnétique de la partie active, entre les enroulements. Cette topologie est prometteuse car elle permet d’avoir une densité de forces importantes tout en ayant une partie réactive simple et peu coûteuse. Ce moteur sera analysé en détail à la section 3.
  • 130. B- Les moteurs synchrones alimentés par du courant continu : Moteurs pas à pas, (Stepper motor). Les moteurs stepper sont des moteurs DC sans balai où le mouvement (linéaire ici) va être divisé en un nombre fini d’étapes. Pour chaque étape, il y a une activation spécifique d’enroulement pour créer la poussée. Ce type de moteur peut contenir des aimants permanents ou être à variation de réluctance. Ces moteurs sont très précis et ne possèdent pas de senseur de position. Ils sont utilisés surtout dans l’industrie pour la haute précision et la répétabilité.
  • 131. B- Les moteurs synchrones alimentés par du courant continu : Moteurs commutés à réluctance (Switched reluctance motor). Ces moteurs ont une topologie similaire aux moteurs stepper mais ils possèdent des capteurs de position qui vont déclencher l’alimentation des bobinages. Les moteurs synchrones ont tendance à générer en plus de la force de poussée une force normale d’attraction entre la partie mobile et la partie fixe du rotor. Cette force qui peut être à première vue, vue comme négative dans le cas d’un train à lévitation peut paradoxalement être avantageuse pour la lévitation dans le cas d’une suspension électromagnétique. les moteurs linéaires synchrones à réluctance variable sont des moteurs de constitution très simple. La partie active du moteur sera généralement composée d’enroulements insérés dans les fentes d’un matériau ferromagnétique. La partie réactive sera, elle, généralement composée d’un arrangement de matériaux ferromagnétiques de telle sorte que la réluctance varie en fonction de la position. Ces moteurs peuvent être à ‘’stator court” ou à ‘’stator long”.
  • 132. 2-Les moteurs linéaires asynchrone (à induction ) Dans un moteur linéaire à induction la partie active est constituée d’enroulements et la partie réactive est constituée d’une feuille conductrice ou en fer solide. Les enroulements vont créer un champ magnétique variable ce qui va induire des courants de Foucault (Eddy current) dans la feuille conductrice. L’interaction entre ces courants et le champ magnétique va créer une poussée via la force de Lorentz.
  • 133. 2- Classement des moteurs linéaires selon leur circuit magnétique
  • 134. Motorisation Dans le cadre d'un moteur linéaire asynchrone, le champ magnétique généré dans la voie est alternatif, avec au moins trois phases et une onde se déplaçant à une vitesse v1. Dans la partie mobile, le récepteur peut n'être qu'une simple plaque conductrice, ou brins parallèles entre eux (et perpendiculaires à la trajectoire) reliés aux extrémités, comme la cage à écureuil d'un moteur rotatif asynchrone mise à plat. Les courants de Foucault (si plaque ou tige en long), ou courants induits (si barreaux), s'opposant à la variation de flux magnétique (loi de Lenz), mettent en mouvement le tracteur, qui atteint une vitesse v2 atteignant presque v1 (la différence étant le glissement)[N 1]. Inversement, le champ magnétique peut être aussi généré dans la partie mobile, et le secondaire (le rail) être une simple plaque conductrice où sont induits les courants de Foucault. Un des principaux avantages du moteur linéaire est sa force à des vitesses faibles, sa précision, et une usure plus faible (moins de contacts, car on obtient directement une force et non un couple
  • 135. II- Le moteur linéaire synchrone à aimants permanents MLS Schéma de principe d’un moteur linéaire à aimants permanents
  • 136. 1- Constitution d'un MLS Les principaux éléments, bobines et aimants, sont simplement arrangés différemment pour produire une force et non un couple. Il est essentiellement composé de deux parties, • un primaire, partie mobile, composée d’un bobinage et d’un circuit ferromagnétique, c’est le translateur (équivalent du rotor dans les moteurs rotatifs). • un secondaire, partie fixe, composée d’une série d’aimants permanents déposés sur un socle en fer (équivalent du stator dans les moteurs rotatifs).
  • 137. 2- Principe de fonctionnement -En alimentant le bobinage triphasé par un système de courants triphasés équilibrés de fréquence f, -on crée un champ glissant dans l'entrefer du MLS -L'interaction entre ce champ et le champ crée par les aimants permanents provoque une poussée linéaire (équivalente au couple du moteur tournant) qui est motrice. -Le rotor se déplace alors dans la direction de la force à une vitesse proportionnelle à la fréquence d’alimentation. -le champ magnétique glissant se déplace à une vitesse linéaire donnée par la formule suivante :
  • 138. La force développée par un moteur linéaire résulte de la transformation d’une partie de l’énergie électrique absorbée par la machine en énergie mécanique, cette transformation est généralement accompagnée de pertes joules occasionnant des échauffements. Les efforts résultants de cette transformation sont : • Les efforts tangentiels, dans le sens de déplacement, sont les efforts utiles. • Les efforts normaux, perpendiculaire au déplacement, sont des efforts parasites. Dans une structure à aimants permanents sont la source de contraintes mécaniques sur la structure, sont souvent beaucoup plus importants que les efforts tangentiels, sont dus principalement à l’interaction entre les aimants permanents et la structure de l’induit. 3- les efforts d’un MLS
  • 139. La principale force de déplacement est une force tangentielle. Elle peut se calculer par la loi de Laplace. Les autres forces sont perturbatrices. 3.1-La forces de poussée Un avantage important du moteur linéaire est de générer directement une force de poussé, sans système intermédiaire. La force de Lorentz se réduit à la force de Laplace en absence de charge électrostatique . La force électromagnétique F s'exprime alors : Pour N conducteurs la force vaut :
  • 140. 3.1-La forces de poussée
  • 141. 3.2 Les forces perturbatrices La longueur finie du primaire dans le MLS se répercute sur son fonctionnement en introduisant des effets particuliers généralement parasites. 3.2.1 Force de détente /Effet d'encoches : Un des effets indésirables des MLs réside dans la force de détente qui provoque des ondulations de la force de poussée. Ceci crée des perturbations quant aux positionnements du rotor surtout à des vitesses très faibles.  D’autre part, il constitue une source supplémentaire de vibrations pour la structure mécanique liée au moteur linéaire.
  • 142. 3.2.1 Force de détente Définition : la force de détente est présente dans tout moteur linéaire qui utilise le fer et constitue l’attraction du fer sur les aimants permanents. Pour illustrer ces propos, nous montrons sur la figure II.2, les deux composantes de la force attractive qui s'exerce entre les aimants et les dents du primaire : - la composante suivant l'axe de déplacement est appelée force de détente ; - la composante suivant l'axe perpendiculaire à l'axe de déplacement définie comme étant la force normale. (En l'absence de courant dans les bobines du primaire)
  • 143. L'amplitude de la Force de détente L'amplitude de cette force varie suivant la position relative entre les aimants et les dents du primaire. Pendant le déplacement de l'aimant, une dent va voir une force qui augmente, diminue et devient nulle lorsque les lignes de champ sont parfaitement perpendiculaires à la surface de la dent. Cette force change de sens, relativement au déplacement, suivant si l’aimant est en amont ou en aval de la dent : d’où l’allure sinusoïdale.
  • 144. 3.2.1 . La force Normale Dans les actionneurs linéaires synchrones à aimants permanents, la force normale (c’est-à-dire perpendiculaire au déplacement) est la source des contraintes mécaniques sur la structure.
  • 145. En présence de courant, ces phénomènes d’interaction aimant/ fer sont toujours présents mais ne correspondent plus à la définition de la force de détente. On parlera donc d’ondulations de force, la force de poussée n’étant alors que la composante utile de la force électromagnétique. L’interaction aimant / fer participe aux ondulations de force qui sont indésirables pour le bon fonctionnement de l’actionneur. Dans la littérature, les forces de denture (cogging) et les forces d’extrémités sont regroupées sous le nom de force de détente : 3.2.1 Force de détente (En présence de courant)
  • 146. La force d’extrémités Fextrémité (la force de dent )est due à la longueur finie du primaire. Elle a les mêmes origines que la force de détente mais s’exerce sur les faces latérales des extrémités du moteur. De par la constitution du primaire qui dispose d’un nombre pair de pôles et de l’obligation d’avoir des encoches extrêmes à une couche, le dernier pôle du primaire est subdivisé en 2 parties qui se trouvent aux 2 extrémités. Le nombre d’encoches est alors généralement impair. Par conséquent, les deux extrémités du primaire se trouvent, quelle que soit la position, en face de deux aimants de même polarité. C'est-à-dire que les deux forces d'extrémités ont le même sens. Pour compenser ces deux forces, la méthode adoptée par le constructeur du M.L consiste à augmenter l'épaisseur du fer du primaire d'un côté et le réduire de l'autre côté. Ceci permet d'avoir les deux extrémités du primaire face à deux aimants de polarités différentes. Par conséquent, les forces s'exerçant sur les extrémités sont de sens contraire. La figure II.5 donne une vision de ces forces. 3.2.2 Force d'extrémités
  • 147. 1-L'inclinaison des encoches du primaire ou des aimants permanents des moteurs linéaires afin de réduire la force de détente . Solutions adoptées pour réduire la force de détente 1- Effets d'encoches : force de détente
  • 148. Solutions adoptées pour réduire la force de détente Il existe une autre méthode d'arrangement des aimants et qui consiste à les décaler les uns par rapport aux autres avec la même longueur . Ce qui a le même effet que l'inclinaison h : hauteur de surplomb des aimants δs : décalage des aimants δ: angle d'inclinaison 2-arrangement des aimants
  • 149. Solutions adoptées pour réduire la force de détente 3-La forme des encoches du primaire La force de détente dépend aussi de la forme des encoches utilisées dans le primaire. Exemple : si on analyse cette force dans les deux cas où on utilise les encoches ouvertes ou semi-fermées , on obtient une force de détente cinq fois plus petite en utilisant les encoches semi-fermées. Toutefois, le flux de fuite aux becs d’encoche augmente et ainsi l'efficacité du moteur diminue.
  • 150. 2-Force d'extrémités 1-incliner le fer des extrémités du primaire d'une manière opposée afin de compenser les deux forces d'extrémités
  • 151. Moteur à flux axial Moteur à flux axial à gauche et moteur à flux radial à droite.
  • 152. Moteur à flux axial Dans les moteurs à flux axial, le flux se déplace le long de l'axe de rotation du moteur, Dans les moteurs à flux radial, le flux se déplace perpendiculairement à l'axe de rotation. Les moteurs à flux radial et axial se distinguent par la direction du déplacement du flux électromagnétique.
  • 153. I- structure du MFA Dans un moteur radial, c'est le rotor qui se trouve à l'intérieur des bobines et qui tourne, tandis que dans un moteur axial, ce sont les deux disques extérieurs qui tournent autour du disque central fixe (stator) avec le bobinage. Rotors stator Aimants bobines De manière simplifiée, on peut considérer le moteur axial comme une inversion du moteur radial.
  • 154. I- Principe du moteur à flux axial Lorsque on' alimente la bobine, elles deviennent des électro-aimants. Le fonctionnement du moteur axial dépend de l’interaction entre l’aimant permanent et les électro-aimants. Dans la conception des moteurs à flux axial, les bobines fixes et les aimants permanents à rotation libre constituent la disposition des bobines du moteur à flux axial, comme le montre la figure 2.
  • 155. I- Principe du moteur à flux axial 1- Lorsque j'alimente la bobine A avec un courant continu, le pôle S du rotor est attiré vers le pôle N opposé du stator (voir fig 3a). Simultanément, les pôles semblables se repoussent. Les composantes de la force tangentielle font tourner le rotor (voir fig 3b). Lorsque le rotor s'aligne avec la bobine A, la force nette agissant sur l'aimant permanent devient nulle. Le processus se répète constamment et le rotor continue de tourner. 2- Pendant ce temps, la bobine suivante B est alimentée (voir fig 4). Le rotor s'approche alors de la bobine B en raison des mêmes forces d'attraction et de répulsion. 3- Plus tard, la bobine C est alimentée. Après cela, dans le demi-tour suivant. 1’-la bobine A est à nouveau alimentée, mais cette fois avec la polarité opposée, simplement en changeant les sens d'alimentation.
  • 156. I- Principe du moteur à flux axial L'effet combiné produit plus de couple et de puissance du rotor. Il est intéressant de noter que ce processus garantit également que le moteur a un couple de sortie constant. Cependant, dans cette opération, deux bobines sont toujours mortes. Ces bobines mortes réduisent considérablement la puissance du moteur. Pour résoudre le problème, alimentez simplement une paire de bobines supplémentaire en faisant simplement passer le courant de polarité opposée à travers la deuxième bobine du côté du stator, deux pôles sud sont réunis. Ici encore, une force tangentielle nette est développée (voir Fig. 5).
  • 157. 1-Le premier facteur de différenciation est le cheminement du flux dans les machines. Lorsque je compare le modèle de flux magnétique des deux moteurs, j’observe que le chemin d’écoulement du flux du moteur axial est beaucoup plus dense et plus court que celui du moteur à induction. Moteur à flux axial vs moteur à flux radial Dans les moteurs à flux radial, certaines boucles de champ interagissent rarement avec le rotor comme je l'ai montré sur la figure 6. En revanche, dans les moteurs axiaux, la majorité des lignes de flux se situent dans la zone de travail utile, pour générer du couple. - l'interaction entre le champ magnétique du stator et le rotor génère un couple. Pour cette raison, le moteur à flux axial obtient une densité de flux plus élevée, générant ainsi un couple de sortie plus élevé pour la même taille de moteur.
  • 158. Moteur à flux axial vs moteur à flux radial 2- Le deuxième facteur de différenciation est le diamètre plus grand. Dans les moteurs à flux axial, les aimants du rotor peuvent être situés plus loin de l’axe de rotation central. un rayon plus grand permet au moteur de générer plus de couple (voir fig 7). Cependant, si j'essaie d'augmenter le diamètre des moteurs à induction, l'inertie du rotor augmentera, ce qui peut amener le moteur à détecter d'énormes courants lors du démarrage. Les moteurs à flux axial contrôlent ce problème, car les rotors ont déjà moins d’inertie. Ces moteurs légers constituent le meilleur choix pour les avions électriques. Ainsi, en raison de leur niveau d’efficacité incroyable et de leur taille compacte, les moteurs à flux axial peuvent même devenir un bon choix dans les voitures électriques. Couple = Rayon X Force
  • 159. Avantages du moteur à flux axial ? Les avantages de ces moteurs sont : 1- Sa forme : Les moteurs AC à flux axial sont compacts et plus large que long. Ceci leur permet de très bien dissiper la chaleur et d’être très facilement intégrable sur véhicules. De plus, cette meilleure gestion de la chaleur permet de moins perdre de puissance et permet aux moteurs AC à flux axial d’avoir un rendement exceptionnel. Un bon rendement et un poids minimum vous permettrons d’économiser fortement votre batterie et donc de gagner en autonomie. 2-sa flexibilité en matière d’applications: Robotique, tracteur agricole, équipements médicaux, engins logistique, industrie… Les Moteurs électriques à flux axial sont utilisables pour de la traction comme en stationnaire.
  • 160. Domaines d’applications du moteur à flux axial ?