Motorisation
Les différents types de moteurs électriques
François Martin
Ellipses
Chapitre 1 : Approche du fonctionnement d'un moteur3
1. Fonctionnement d'un moteur alternatif.
3
1.1. L'interaction entre deux champs magnétiques3
1.2. Production d'un champ magnétique radial sinusoïdal5
1.3. Equivalence entre un champ radial sinusoïdal et un champ uniforme10
1.4. Moment du couple de forces entre les deux champs12
1.5. Moteur-génératrice15
2. Champ magnétique statorique tournant de manière continue
16
2.1. Champ magnétique tournant à répartition spatiale sinusoïdale16
2.2. Comment produire un champ magnétique tournant ?18
2.3. Action d'un champ tournant devant des bobinages24
3. Moteurs synchrone et asynchrone : principe de fonctionnement
26
3.1. La constitution du stator et du rotor des moteurs26
3.2. Les deux types de moteur synchrone26
3.3. Le principe de fonctionnement du moteur asynchrone31
3.4. Etude du moment du couple moteur d'un moteur asynchrone36
3.5. Les différences entre les moteurs synchrone et asynchrone43
4. Fonctionnement d'un moteur à courant continu
46
4.1. Observation46
4.2. Le moment du couple moteur46
Chapitre 2 : Energie magnétique et moteurs51
1. Le principe de la conversion électromécanique51
1.1. Introduction51
1.2. Les exemples d'étude52
1.3. Bobine à noyau de fer sans partie mobile58
1.4. Bobine à noyau de fer dont une partie est mobile60
1.5. Applications63
2. Application aux moteurs industriels
67
2.1. Deux bobines couplées par un matériau ferromagnétique67
2.2. Le principe de fonctionnement des moteurs70
2.3. Conclusion76
Chapitre 3 : Les moteurs synchrones77
1. Les deux types de moteurs synchrones à aimant permanent77
1.1. Description simplifiée77
1.2. Modèle électrique d'un moteur synchrone78
1.3. Moment du couple moteur, puissance80
2. Le moteur DC Brushless
82
2.1. Description82
2.2. Principe de fonctionnement dans le cas d'un rotor à 4 paires de pôles84
2.3. Les moteurs DC Brushless à structure inversée87
2.4. Propriétés électromécaniques87
2.5. Les moteurs DC Brushless sans capteur91
2.6. Mise en oeuvre du moteur DC Brushless sous tension constante93
2.7. Une comparaison98
2.8. Le pilotage du moteur DC Brushless99
3. Le moteur AC Brushless ou moteur synchrone à fcem sinusoïdales
104
3.1. Généralités104
3.2. Les propriétés du moteur104
3.3. L'autopilotage du moteur111
3.4. Autres caractéristiques nécessaires pour mettre en oeuvre un moteur115
3.5. Application120
3.6. Le capteur de position du rotor d'un moteur AC Brushless125
3.7. La structure détaillée d'un variateur de fréquence à commande scalaire133
Chapitre 4 : Le moteur asynchrone triphase135
1. Le moteur fonctionnant en tout ou rien sur le réseau triphasé135
1.1. Le branchement du moteur sur le réseau135
1.2. Formulaire d'un moteur branché sur le réseau138
1.3. Le démarrage direct du moteur143
1.4. Le schéma électrique du démarrage direct (notion)146
1.5. L'utilisation d'un démarreur électronique151
1.6. Fonctionnement en moteur, fonctionnement en génératrice153
1.7. Le freinage156
2. Modèles électriques d'un moteur asynchrone en régime permanent
160
Introduction160
2.1. Régime transitoire = succession de régimes permanents160
2.2. Flux statorique et flux rotorique160
2.3. Modélisation : première approche165
2.4. Nouveau modèle électrique du moteur167
2.5. Les deux modèles électriques couramment utilisés172
3. Modèle avec fuites magnétiques ramenées au rotor
177
3.1. Bilan des puissances177
3.2. Détermination des éléments du modèle électrique du moteur181
3.3. Expression du moment du couple moteur187
3.4. Moment du couple moteur en fonction du glissement (exercice)192
3.5. Variation de la vitesse d'un moteur asynchrone en boucle ouverte196
4. Modèle électrique avec fuites magnétiques ramenées au stator
204
4.1. Détermination des éléments du modèle équivalent204
4.2. Propriétés du moment du couple moteur207
4.3. Application du modèle : autopilotage d'un moteur asynchrone209
5. Pilotage en boucle fermée du couple moteur par commande scalaire
215
5.1. Contrôle scalaire du moteur215
5.2. Le but recherché : action sur le couple moteur215
5.3. Les grandeurs permettant de contrôler le moment du couple moteur216
5.4. Les lois de commande218
6. Pilotage moderne du couple moteur (notion)
220
6.1. Le contrôle vectoriel de flux220
6.2. Contrôle du couple moteur sans capteur : la technologie DTC (notion)226
6.3. Comparaison des performances des trois types de technologie229
7. Comparaison qualitative des moteurs synchrone et asynchrone
231
Chapitre 5 : Autres moteurs couramment utilisés233
1. Le moteur à courant continu233
1.1. Le principe du moteur à courant continu233
1.2. Quelques défauts rencontrés238
1.3. Moteur à courant continu en boucle ouverte et en régime permanent241
1.4. Applications244
1.5. Moteur à courant continu en boucle ouverte et en régime transitoire247
2. Le moteur universel
252
2.1. Principe de fonctionnement252
2.2. Les relations caractérisant le moteur253
2.3. Défauts et qualités du moteur universel254
3. Le moteur asynchrone monophasé
256
3.1. Principe de fonctionnement256
3.2. Caractéristiques du moteur monophasé258
4. Le moteur pas à pas
261
4.1. Introduction261
4.2. Etude élémentaire des propriétés d'un moteur pas à pas262
4.3. Description des différents types de moteurs269