Toute machine opérant la conversion de l’énergie électrique en énergie mécanique. Parmi les nombreux types de moteurs électriques utilisés actuellement, on distingue deux grandes catégories différant par leur principe de fonctionnement et par la nature du courant utilisé.
Les moteurs à courant alternatif, directement raccordables aux réseaux de distribution, sont très largement utilisés, en particulier pour les petites puissances. Malheureusement, il est difficile de faire varier leur vitesse de rotation.
Les moteurs à courant continu sont au contraire d’un emploi très souple, mais leur alimentation nécessite une source de courant continu. L’apparition de dispositifs redresseurs à semiconducteurs a considérablement simplifié le problème. On peut en effet, aujourd’hui, redresser le courant fourni par les réseaux de distribution et même moduler à la demande la puissance fournie, ce qui facilite le réglage de la vitesse. De tels « redresseurs commandés » existent aussi bien pour les puissances les plus faibles que pour les plus grandes.
Les moteurs à courant continu
Principe
La « dynamo » décrite comme génératrice (v. générateur électrique) fonctionne en réalité aussi bien en moteur : elle est réversible. Si on alimente par l’ensemble balais-collecteur l’induit d’une telle machine normalement excitée, tous les conducteurs actifs de l’enroulement sont parcourus par une fraction du courant absorbé. Ces conducteurs, placés dans le champ inducteur, sont alors le siège de forces électromagnétiques qui tendent à faire tourner l’induit. Le sens de la rotation est celui qui fait apparaître entre les extrémités des conducteurs une force électromotrice induite s’opposant au passage du courant (force contre-électromotrice). La rotation obtenue est continue puisque, par le jeu de l’ensemble collecteur-balais, les conducteurs placés sous un même pôle sont toujours parcourus par un courant de même sens. Les f.é.m. induites dans les divers conducteurs sont mises en série ou en parallèle selon le type d’enroulement utilisé. Entre les balais apparaît ainsi la f.c.é.m. résultante, caractéristique d’un récepteur actif.
Propriétés générales
On sait que le travail mécanique effectué par un conducteur parcouru par un courant I et coupant un flux ΔΦ est W = I · ΔΦ. Soit I le courant absorbé par l’induit. Si la machine possède 2a voies d’enroulement, chaque conducteur actif est parcouru par I/2a ampères. Lorsqu’un tel conducteur fait un tour, il coupe 2pΦ (p étant le nombre de paires de pôles et Φ le flux total sous un pôle). Le travail effectué par ce conducteur est alors
Si N est le nombre total de conducteurs, le travail correspondant à un tour complet de l’induit est
L’induit accomplissant n tours en une seconde, la puissance correspondante est
On sait d’autre part que la puissance transformée par un récepteur électrique est
expression dans laquelle E′ est la f.c.é.m. du récepteur. En comparant (1) et (2), on obtient la f.c.é.m. de la machine
valeur égale (en module) à celle qui est obtenue dans le fonctionnement en génératrice. On peut alors exprimer le couple électromagnétique de la machine en écrivant : p = Γ × 2πn.
Ainsi,
Posons
(constante ne dépendant que de la construction de la machine) :
Pour l’utilisateur, le couple moteur est donc proportionnel au courant induit absorbé et au flux inducteur. Cependant, la relation (4) n’est pas suffisante pour expliquer les propriétés des divers moteurs à courant continu. Pour certains d’entre eux, le mode d’excitation utilisé impose une relation supplémentaire entre Φ et I. C’est le cas pour le moteur série.
Le moteur série
L’inducteur d’un tel moteur (fig. 1) est parcouru par la quasi-totalité du courant induit. L’enroulement inducteur est donc réalisé à l’aide d’un petit nombre de tours de fil de fort diamètre. Si l’armature ferromagnétique constituant le bâti du moteur n’est pas saturée (ce que l’on peut admettre en première approximation), le flux est proportionnel au courant inducteur, donc aussi au courant induit Φ = k′I. La relation (4) devient ici
Soit U la tension d’alimentation et R la résistance totale du circuit (induit, inducteur, pôles de commutation, enroulement de compensation),
U = E′ + RI,
soit
• Marche à vide. Le couple résistant est très faible (frottements uniquement), la vitesse n doit donc être très grande : le moteur « s’emballe » à vide.
