Moteurs à courant continus, moteurs asynchrones

Moteurs à courant continus, moteurs asynchrones

Au programme des cours de Sciences de l'ingénieur en terminale scientifique il y a l'apprentissage des différentes sortes de moteurs : à courant continus ou asynchrones. Cette fiche de révision créée par notre professeur vous propose de vous...

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Quiz de Sciences de l'ingénieur :

Qu'est-ce qu'un système de tension triphasée ?

  • A.Un ensemble de deux tensions alternatives qui ont la même valeur efficace
  • B.Un ensemble de deux tensions alternatives qui n'ont pas la même valeur efficace
  • C.Un ensemble de trois tensions alternatives qui n'ont pas la même valeur efficace
  • D.Un ensemble de trois tensions alternatives qui ont la même valeur efficace
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Le contenu du document

Au programme des cours de Sciences de l'ingénieur en terminale scientifique il y a l'apprentissage des différentes sortes de moteurs : à courant continus ou asynchrones. Cette fiche de révision créée par notre professeur vous propose de vous éclairer sur cette notion très importante pour vos études de cas !

I - Moteur à courant continu

Ce type de moteur a des usages multiples et nécessite une faible puissance. Ils sont par exemple utilisés dans la robotique, les jouets ou l'audiovisuel.

1 - Fonctionnement

Expliquons un peu le fonctionnement général du moteur à courant continu. On dispose d'un conducteur, en forme de spire, qui est parcouru par un courant. Ce conducteur est alors placé dans un champ magnétique et des forces s'appliquent sur lui : les forces de Laplace. Ainsi, un couple de rotation est créé et a pour effet de faire entrer en rotation la spire sur son axe. Cette partie tournante est appelée le rotor. Afin d'entretenir la rotation du moteur, un collecteur va être chargé d'inverser le sens du courant dans les spires à chaque demi-tour. Nous pouvons établir le schéma du moteur à courant continu suivant :
Ainsi, le moteur va avoir le même comportement qu'une résistance disposée en série avec un générateur de tension. On note la force électromotrice. Dans le schéma ci-dessus, désigne l'intensité du courant, est la tension d'alimentation du moteur, est la résistance interne de la bobine, et la force électromotrice. Normalement, la notion d'inductance est également à prendre en compte, mais comme nous avons un courant en régime continu, nous pouvons la négliger.

2 - Équations caractéristiques

Nous pouvons maintenant établir plusieurs équations dites caractéristiques du moteur à courant continu. Tout d'abord, celle qui est directement issue du schéma ci-dessus nous donne :
Exprimons maintenant la tension de la force électromotrice selon la fréquence de rotation. On constate qu'elle y est proportionnelle :
Avec une constante qui caractérise le moteur, et qui est la fréquence de rotation du moteur, exprimée en rad.s -1.
Enfin, dernière équation possible, celle concernant le courant consommé par le moteur en fonction du couple moteur. On a l'équation suivante :
Avec cette fois le courant , une autre constante caractéristique du moteur et le couple moteur noté , exprimé en m.N.

3 - Conséquences

Ces différentes équations nous ont permis d'en déduire quelques conséquences :
  • la fréquence de rotation dépend de , et donc de  ;
  • le sens de rotation dépend du signe de , et donc de la tension à ses bornes ;
  • il est possible de limiter le couple en limitant le courant.

4 - Notions complémentaires

Il reste quelques notions à aborder concernant le moteur à courant continu. Tout d'abord la puissance. On peut en distinguer trois types principaux, tous exprimés en Watts :
  • la puissance absorbée, qui est la puissance électrique prélevée sur l'alimentation ;
  • la puissance utile, qui est la puissance mécanique disponible sur l'arbre du moteur ;
  • la puissance dissipée, qui est la globalité des pertes électriques dues à l'effet Joule, des pertes mécaniques et des pertes magnétiques.
On peut établir les équations respectives suivantes concernant les puissances :
La signification des symboles employés est la même que précédemment.
Nous pouvons, grâce à ces équations, établir la notion de rendement, qui correspond au rapport de la puissance utile et de la puissance absorbée. Celui-ci est donc toujours inférieur à 1. L'égalité est la suivante :
Enfin, la dernière notion que nous allons étudier est la réversibilité. Il s'agit d'une possibilité offerte par ce type de moteur : convertir l'énergie mécanique en énergie électrique. Tous les moteurs sont capables de convertir l'énergie électrique en énergie mécanique, mais l'inverse n'est pas toujours vérifié. Dans ce cas, le moteur va alors avoir le comportement d'un générateur et non plus d'un récepteur. Par exemple avec une batterie, on peut supposer qu'un moteur va à la fois se servir de la batterie pour créer une action mécanique, mais peut également, par l'intermédiaire d'une action mécanique, générer de l'énergie électrique pour recharger la batterie.

II - Différences avec le moteur asynchrone

On appelle également moteur synchrone le moteur à courant continu. Nous pouvons énoncer plusieurs différences entre le moteur synchrone et son homologue asynchrone.
Tout d'abord, pour le moteur synchrone, un courant continu alimente son rotor qui est constitué d'un aimant permanent, à la différence du moteur asynchrone dont le rotor est constitué d'un cylindre ferreux et magnétique. Celui-ci dispose de plusieurs conducteurs en court-circuit. Ainsi, le champ magnétique d'un moteur synchrone est issu d'aimants permanents ou de bobines alimentées en courant continu, à la différence du moteur asynchrone où le courant est induit par les champs magnétiques.
Autre point de différence : la vitesse de rotation de l'arbre du moteur. En effet, celle-ci correspond à la vitesse du champ tournant, sachant que pour un moteur asynchrone le glissement n'est pas nul. On a alors l'équation suivante :
Nous pouvons également dire que le moteur synchrone a la possibilité de compenser l'énergie réactive, notée .
Quand un moteur asynchrone est chargé, celui-ci a la faculté d'absorber le courant qui est supérieur au courant nominal, à l'inverse du moteur synchrone qui lui se décroche lorsque le couple dépasse un seuil donné.
Concernant le démarrage à proprement parler des moteurs, le moteur synchrone va nécessiter un système de démarrage, mais pas le moteur asynchrone. Enfin, en raison de son coût de fabrication, de sa maintenabilité et de sa variation de vitesse notamment, le moteur le plus utilisé dans l'industrie est le moteur asynchrone.
Fin de l'extrait

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Les avis sur ce document

JeanBaptiste
5 5 0
20/20

Trop bien merci ! Grâce à ce doc je suis trop un fou maintenant !

par - le 06/05/2014

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