Pricincipes de fonctionnement

a. Principales composantes

Tous les moteurs se composent de deux parties essentielles :

  • le STATOR (partie fixe)
  • le ROTOR (partie tournante)

La conception et la fabrication de ces deux composantes définissent le type du moteur et ses caractéristiques propres. D’autres éléments (par ex. balais, bagues collectrices, paliers, ventilateurs, condensateurs, interrupteurs centrifuges, etc.) peuvent être particuliers à chaque type de moteur.

b. Fonctionnement

Tous les moteurs décrits dans ce guide fonctionnent sur le principe de l’électromagnétisme. Il existe d’autres moteurs qui tournent sur des principes électrostatiques et piézoélectriques, mais ils sont plus rares.

Dans un moteur électrique, l’amplitude de la force varie de façon directement proportionnelle à l’intensité du champ magnétique et à l’intensité du courant parcourant le conducteur (Figure 3 1).

dessin montrant un conducteur se déplaçant dans un champ magnétique

Figure 3 1 : Force exercée sur un conducteur dans un champ magnétique

F = ILB, où

F – Force (newtons)
I – Intensité du courant (ampères)
L – Longueur (mètres)
B – Flux magnétique (webers/m²)

En général, le rotor d’un moteur électrique est placé dans le champ magnétique engendré par le stator. Le champ magnétique induit un courant à l’intérieur du rotor et la force résultante créée par les champs magnétiques dans le stator et le rotor (et donc le couple) entraîne la rotation.

c. Puissance et couple du moteur

La plaque signalétique indique la puissance mécanique assignée d’un moteur électrique en horsepower ou en kilowatts.

 Equation: puissance nominale est égale à kilowatts divisé par 0,746

La vitesse et le couple sont deux facteurs importants qui déterminent la puissance mécanique d’un moteur.

Le couple est la mesure de la force servant à produire une rotation. On l’exprime souvent en livres-pied ou en newtons-mètres.

Pour mieux comprendre la notion de couple, imaginez une clef anglaise longue d’un pied utilisée pour dévisser un écrou (voir Figure 3 2). Si l’on applique une force de 2 livres à l’extrémité de la clef, le couple sera de 2•livres-pied. Tant que l’écrou n’a pas commencé à tourner, aucun travail n’est accompli. Lorsque l’écrou commence à tourner, un travail est produit; et en supposant que l’on continue à appliquer la même force à la poignée de la clef, la puissance est par définition le produit de la vitesse de rotation par le couple appliqué.

dessin montrant 2 livres de la force appliquée à l'extrémité d'un 1 pied de longueur clé la création de 2 livres-pied de couple

Figure 3-2 : Exemple de couple

aption>

On exprime généralement la vitesse d’un moteur en tours par minute (tr/min).

La puissance d’un moteur est définie comme le produit de la vitesse de rotation du moteur (tr/min) par le couple.

 Equation: cheval-vapeur égale la vitesse (RPM) fois couple (livres - pieds) divisé par 5,252

Plus le moteur tourne lentement et plus son couple doit être élevé pour fournir la même puissance utile. Pour endurer ce couple plus élevé, les moteurs à faible vitesse nécessitent des composants plus robustes et sont généralement plus gros, plus lourds et plus coûteux que les moteurs à grande vitesse de même puissance assignée.

On confond parfois le concept de couple et vitesse avec celui de la puissance en HP. Pour bien saisir la différence entre les deux, imaginons le moteur de démarrage d’une automobile. Ce moteur spécial a été conçu pour développer un couple élevé mais une puissance relativement faible. Son unique fonction consiste à faire tourner lentement le moteur de la voiture pour le faire démarrer. Inversement, le moteur d’un petit ventilateur tourne à haute vitesse, mais peut facilement être arrêté. Ce second moteur produit un couple peu élevé. Enfin, prenons l’exemple du moteur de 3 HP d’une scie circulaire d’établi. Lorsque la pièce de bois à scier entre en contact avec la lame de la scie qui tourne, cela ralentit à peine le moteur puisque ce dernier combine dans cette application à la fois vitesse et couple.

d. Caractéristiques couple-vitesse des moteurs

Le couple produit par un moteur varie en fonction de sa vitesse.

Chaque moteur possède sa propre relation couple-vitesse qui, lorsqu’on la représente sous forme de graphique du couple en fonction de la vitesse, facilite le processus de choix d’un moteur (Figure 3 3).

Les éléments importants que l’on trouve sur un graphique couple-vitesse comprennent :

  1. Couple de démarrage – couple développé à la vitesse nulle. Si le moteur doit entraîner une charge difficile à faire démarrer (une charge à inertie élevée), on choisira alors un moteur procurant un couple de démarrage élevé.
  2. Couple minimal pendant le démarrage – couple le plus petit développé par le moteur entre une vitesse nulle et la vitesse de fonctionnement. Il peut s’avérer critique pour une application où la puissance doit dépasser certaines limites temporaires avant de revenir au niveau de fonctionnement normal.
  3. Couple de décrochage – couple le plus élevé que le moteur peut développer avant de caler.
  4. Couple à pleine charge (également nommé couple moteur) – couple produit à la vitesse de pleine charge et qui développe la puissance assignée du moteur. En ce point, le produit du couple par la vitesse est égal à la puissance assignée indiquée sur la plaque signalétique.
Figure 3-3 : Graphique couple-vitesse type

Figure 3-3 : Graphique couple-vitesse type

Précédent | Table des matières | Suivant