Que ce soit dans nos smartphones, nos voitures électriques ou nos machines industrielles, les moteurs électriques jouent un rôle vital dans notre société. Ils alimentent une multitude d’applications et de machines, adaptées à différentes puissances. Mais savez-vous comment ils fonctionnent réellement ? Malgré leurs différences, tous les moteurs électriques utilisent le même principe fondamental : convertir l’énergie électrique en énergie mécanique pour mettre les objets en mouvement.
Le principe de fonctionnement
Le fonctionnement d’un moteur électrique repose sur le principe bien connu de l’action-réaction. Lorsqu’un courant électrique circule à travers une bobine conductrice placée dans un champ magnétique, il crée une force qui pousse le conducteur dans une direction spécifique. Ainsi, le moteur électrique est composé de deux parties principales : le stator et le rotor. Le stator est la partie fixe du moteur, contenant les bobines conductrices. Le rotor, quant à lui, est monté sur un axe qui lui permet de tourner à l’intérieur du stator. Les pôles du rotor tournent librement, attirant alternativement les pôles positifs et négatifs.
Les composants essentiels
Quel que soit le type de moteur électrique, certains composants sont présents de manière systématique :
Le stator
Le stator est la partie fixe du moteur électrique. Il est composé de bobines en cuivre, appelées enroulements, qui entourent un noyau en fer laminé. Lorsque le courant électrique circule à travers les enroulements du stator, il génère un champ magnétique statique.
Le rotor
Le rotor est la partie mobile du moteur électrique. Il est également constitué d’un noyau en fer laminé, composé de lamelles empilées pour réduire les pertes par courants induits. Le rotor peut être équipé d’aimants permanents ou de bobines d’excitation alimentées en courant continu, en fonction de l’application.
Le collecteur (pour les moteurs à courant continu) et le commutateur (pour les moteurs à courant alternatif)
Les moteurs à courant continu utilisent un collecteur, une pièce métallique qui permet de transférer l’énergie électrique vers les bobines du rotor, créant ainsi un champ magnétique rotatif. Les moteurs à courant alternatif, quant à eux, utilisent un commutateur pour inverser périodiquement la polarité des bobines, créant ainsi un champ magnétique rotatif.
Les roulements, le boîtier, les enroulements, le ventilateur et la boîte de raccordement
Les roulements soutiennent et guident le rotor pour minimiser les frottements et les pertes d’énergie par chaleur. Le boîtier protège les composants internes et fournit une structure solide pour fixer le moteur sur différentes applications. Les enroulements en cuivre du stator génèrent un champ magnétique statique pour attirer le rotor. Le ventilateur assure un refroidissement adéquat du moteur en dissipant la chaleur produite lors de son fonctionnement. Quant à la boîte de raccordement, elle contient les connexions électriques nécessaires pour alimenter le moteur et relier les câbles d’alimentation au stator.
La carcasse et les flasques
La carcasse est l’enveloppe externe rigide du moteur électrique, fournissant une protection mécanique et une isolation électrique. Elle peut être en métal ou en plastique, en fonction de l’application. Les flasques sont des plaques métalliques fixées à chaque extrémité de la carcasse, assurant la fermeture hermétique et protégeant l’intérieur contre les contaminants.
Ces différents composants travaillent en harmonie pour convertir l’énergie électrique en énergie mécanique, permettant ainsi au moteur électrique de faire fonctionner une large gamme d’appareils et de machines. Que ce soit dans une voiture électrique, un ventilateur, une pompe ou encore une machine industrielle, ces composants sont essentiels au fonctionnement des moteurs électriques que nous utilisons au quotidien.
Schéma représentatif de la composition interne d’un moteur électrique
Explication du fonctionnement des moteurs électriques à courant continu
Les moteurs électriques à courant continu créent un champ magnétique stable dans le stator en utilisant des enroulements inducteurs ou des aimants permanents. Lorsque le courant électrique circule dans les bobines conductrices du stator, il génère un champ magnétique qui interagit avec celui créé par les aimants permanents. Ces forces d’attraction et de répulsion font tourner le rotor. Pour maintenir cette rotation continue, le sens du courant électrique doit être inversé périodiquement grâce aux collecteurs et aux brosses, permettant ainsi le changement de polarité des contacts électriques.
Ce type de moteur électrique est couramment utilisé dans de nombreuses applications de faible puissance, telles que le secteur automobile, audiovisuel, robotique et les jouets.
Fonctionnement des moteurs électriques à courant alternatif
Les moteurs électriques à courant alternatif utilisent un courant qui change continuellement de direction pour générer un champ magnétique rotatif dans le stator. Contrairement aux moteurs à courant continu, ils n’ont pas besoin de collecteurs ou de brosses pour inverser la polarité. Le champ magnétique à courant alternatif crée un flux magnétique dont l’intensité et la direction peuvent varier.
Pour créer ce champ magnétique rotatif, les moteurs à courant alternatif utilisent une “excitation 3 phases” avec trois bobines conductrices décalées dans le temps. En appliquant un courant alternatif dans ces bobines, un champ magnétique résultant se déplace autour du stator, entraînant la rotation du rotor.
En comprenant les principes fondamentaux du fonctionnement des moteurs électriques, nous pouvons mieux apprécier leur utilité et leur impact positif sur notre société. Ils ont révolutionné notre façon d’interagir avec le monde qui nous entoure, que ce soit à travers les moteurs à courant continu ou à courant alternatif.
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*Note: Cet article de contenu est à titre informatif seulement et ne doit pas être utilisé en tant que conseil d’investissement, conseil médical ou autre conseil professionnel.
