Une machine qui convertit l'énergie électrique en énergie mécanique est appelée moteur électrique. Ces moteurs sont de conception simple, faciles à utiliser, peu coûteux, très efficaces, nécessitent peu d'entretien et sont fiables. Les moteurs à induction triphasés constituent un type particulier de moteurs électriques. La principale différence réside dans l'absence de connexion électrique entre l'enroulement du rotor et une source d'alimentation. Le courant et la tension nécessaires au circuit rotorique sont fournis par induction à partir de l'enroulement du stator. C'est pourquoi on les appelle moteurs à induction. Cet article décrit le moteur à induction à cage d'écureuil, un type de moteur à induction triphasé.
Qu'est-ce qu'un moteur à induction à cage d'écureuil ?
Définition : Le moteur à cage d'écureuil est un type de moteur à induction. Pour générer un mouvement, il exploite l'électromagnétisme. L'arbre de sortie est relié au rotor, dont la structure interne ressemble à une cage. D'où son nom de moteur à cage d'écureuil. Les deux flasques, de forme circulaire, sont reliées par des barres de rotor. Ces barres sont actionnées par la force électromotrice (FEM) générée par le stator. Cette FEM est également générée par le carter extérieur, constitué de tôles métalliques laminées et d'un bobinage. Les deux principaux composants de tout moteur à induction sont le stator et le rotor. La cage d'écureuil est un procédé simple pour exploiter l'effet d'induction électromagnétique. Un moteur à induction à cage d'écureuil à 4 pôles est représenté ci-dessous.
Principe de fonctionnement d'un moteur à induction à cage d'écureuil
Le fonctionnement d'un moteur à induction à effet écureuil repose sur le principe de l'électromagnétisme. Lorsqu'un courant alternatif triphasé alimente l'enroulement statorique, il produit un champ magnétique tournant (CMT) dont la vitesse est appelée vitesse de synchronisme. Ce CMT induit une tension dans les barres du rotor, générant ainsi un courant électrique. Ce courant rotorique crée un champ magnétique propre qui interagit avec le champ statorique. Conformément au principe, le champ rotorique s'oppose alors à sa cause. Lorsque le CMT rattrape le couple rotorique, le courant rotorique s'annule. Il n'existe alors plus de couple relatif entre le rotor et le CMT.
Par conséquent, la force tangentielle exercée sur le rotor est nulle et diminue momentanément. Après cette diminution du moment rotorique, le courant rotorique est réinduit par la restauration du mouvement relatif entre le champ magnétique rotatif (CMR) et le rotor. La force tangentielle nécessaire à la rotation du rotor est ainsi rétablie et celui-ci reprend son mouvement relatif avec le CMR. Dans ce cas, le rotor maintient une vitesse constante, inférieure à celle du CMR et à la vitesse de synchronisme. La différence entre la vitesse du CMR et celle du rotor est mesurée sous forme de glissement. La fréquence finale du rotor s'obtient en multipliant le glissement par la fréquence d'alimentation.
Construction d'un moteur à induction à cage d'écureuil
Les pièces nécessaires à la construction d'un moteur à induction à cage d'écureuil sont le stator, le rotor, le rotor et les roulements. Le stator est constitué d'un enroulement triphasé déphasé de 120° mécaniquement et électriquement, logé dans un boîtier et un noyau métalliques. Afin de minimiser la réluctance du flux généré par le courant alternatif, l'enroulement est monté sur un noyau en fer feuilleté.
Le rotor convertit l'énergie électrique en énergie mécanique. Il est constitué d'un arbre, d'un noyau et de barres de cuivre court-circuitées. Afin d'éviter l'hystérésis et les courants de Foucault, sources de pertes de puissance, le rotor est feuilleté. De plus, pour prévenir l'effet de crantage, les conducteurs sont inclinés, ce qui contribue également à un bon rapport de transformation.
Un ventilateur fixé à l'arrière du rotor assure l'échange thermique et contribue à maintenir la température du moteur sous un seuil critique. Des roulements sont intégrés au moteur pour garantir une rotation fluide.
Différence entre les moteurs à induction à cage d'écureuil et les moteurs à induction à bagues collectrices.
Avantages
Les avantages d'un moteur à induction à cage d'écureuil sont les suivants :
Construction simple et robuste.
Le faible coût initial et d'entretien.
Maintient une vitesse constante.
La capacité de surcharge est élevée.
Configuration de départ simple.
Facteur de puissance élevé.
Faibles pertes de cuivre au niveau du rotor.
Haute efficacité.
Inconvénients
Les inconvénients d'un moteur à induction à cage d'écureuil sont les suivants.
Moteur
Courant de démarrage élevé
Très sensible aux fluctuations de la tension d'alimentation
Facteur de puissance faible à faible charge.
Le contrôle de la vitesse est très difficile.
Couple de démarrage très faible en raison de la faible résistance du rotor.
Date de publication : 26 juin 2024