Marelli motors - moteurs électriques triphasés et monophasés

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La Marelli Motori S.p.A., société basée à Arzignana, dans la province de Vicence, a une longue tradition qui remonte à 1891.. Avec plus de 100 ans d'expérience Marelli Motori est reconnu comme un fournisseur de premier plan dans les secteurs de la production d'énergie, de l'industrie, de la pétrochimie et de la marine, offrant une gamme complète de moteurs et de générateurs à basse, moyenne et haute tension.

Cette section est consacrée aux moteurs électriques, un terme généralement utilisé pour désigner une machine électrique dans laquelle la puissance d'entrée est électrique et la puissance de sortie est mécanique, assumant la fonction d'un actionneur. Ce type de machine électrique est basé, comme le générateur électrique, sur les forces électromagnétiques qui interagissent entre un système de courants et un champ magnétique.

Diverses distinctions peuvent être faites sur la base d'autres références : par exemple, la distinction entre les moteurs synchrones, dans lesquels la fréquence d'alimentation est un multiple de la fréquence de rotation, et les moteurs asynchrones, dans lesquels les deux fréquences sont différentes ; par conséquent, les catégories dans lesquelles les moteurs électriques sont généralement classés sont le moteur asynchrone, le moteur synchrone ou le moteur à courant continu.

Le moteur synchrone est un type de moteur électrique à courant alternatif dans lequel le stator, généralement triphasé, génère un champ magnétique rotatif. Le champ magnétique du rotor (généré par un aimant permanent ou un enroulement alimenté en courant continu) est attiré par le champ magnétique rotatif du stator, ce qui génère le couple d'entraînement.

Le démarrage de ce type de moteur est relativement complexe car il présente une courbe de couple pulsé centrée sur la fréquence du courant d'alimentation du stator ; cela signifie que le rotor n'a un couple moteur que s'il tourne à la même fréquence que le courant alternatif du stator. Par conséquent, à l'arrêt, l'application d'une tension alternative n'est pas en mesure de produire un démarrage du moteur car le rotor a un couple nul. Pour ce faire, le moteur est d'abord amené à sa vitesse de rotation finale au moyen d'un moteur asynchrone, puis, après avoir déconnecté ce dernier, la tension d'alimentation est connectée à la même fréquence de rotation atteinte et, ensuite, la charge mécanique est insérée. Outre le fait de disposer physiquement de deux moteurs en parallèle, il est également possible d'utiliser des moteurs synchrones spécialement construits (équipés d'un rotor à cage d'écureuil supplémentaire qui leur confère un comportement asynchrone), puis de les faire passer en mode synchrone. Ces dernières années, l'utilisation de l'électronique de puissance a considérablement simplifié le démarrage ; en effet, elle permet de réguler à la fois la tension d'alimentation (et donc le courant) et la fréquence. Ainsi, en partant d'une fréquence nulle et en l'augmentant très progressivement, un couple capable d'accélérer le moteur à partir de l'arrêt est continuellement entraîné. Les variateurs qui permettent ce mode (onduleurs ou cyclo-convertisseurs) sont fabriqués à l'aide de composants semi-conducteurs tels que des thyristors ou des transistors IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).

En raison de la faible praticité du moteur synchrone, son utilisation en alimentation directe par le réseau est limitée aux domaines d'application où une vitesse de rotation particulièrement précise et stable est requise, par exemple dans l'industrie papetière, où le synchronisme parfait de plusieurs moteurs permet d'éviter les ruptures de feuilles. En revanche, il est largement utilisé pour entraîner des charges à vitesse variable lorsqu'elles sont alimentées par un convertisseur statique (onduleur), comme dans la plupart des véhicules électriques (presque tous sauf ceux de Tesla Motors qui sont asynchrones). Il existe également de petits moteurs synchrones à démarrage automatique et alimentation monophasée utilisés dans des mécanismes de synchronisation tels que les minuteries des machines à laver domestiques et, à une certaine époque, dans certaines horloges, tirant parti de la bonne précision de la fréquence du réseau.

Par rapport à un moteur asynchrone, le moteur synchrone n'est pas en mesure de s'adapter à des variations importantes du couple résistant ; en effet, si, une fois à pleine vitesse, la rotation est freinée ou accélérée au-delà d'une certaine limite, cela déclenche une série d'oscillations qui immobilisent le moteur et peuvent provoquer de fortes surintensités susceptibles d'endommager le moteur ; en outre, une protection contre les surintensités doit être prévue.

Le moteur asynchrone est un type de moteur électrique à courant alternatif dont la fréquence de rotation n'est pas égale ou un sous-multiple de la fréquence du réseau, c'est-à-dire qu'il n'est pas "synchrone" avec elle ; c'est pourquoi il diffère des moteurs synchrones. Le moteur asynchrone est également appelé moteur à induction en raison de son principe de fonctionnement.

Lorsque, sous l'effet d'une force extérieure, le rotor a une vitesse supérieure au champ tournant du stator, le moteur asynchrone peut être utilisé comme générateur asynchrone avec ou sans condensateurs selon qu'il est connecté au réseau ou non. Il est utilisé pour les petites puissances, dans les cas où la facilité d'utilisation est préférée au moteur synchrone (qui nécessite l'utilisation d'onduleurs), même au détriment du rendement. Cependant, le rendement est fonction de la puissance maximale et diminue à mesure que le nombre de pôles augmente, allant généralement de 0,67 pour les moteurs triphasés à 0,97 pour les moteurs de plus grande taille.

Le moteur se compose d'une partie fixe appelée stator et d'une partie mobile appelée rotor. Le stator est constitué d'un empilement de tôles en forme de couronne circulaire. Les rainures à l'intérieur du paquet de tôles du stator accueillent les conducteurs (fil de cuivre émaillé) du bobinage du stator, qui peut être triphasé ou biphasé (selon le type d'alimentation en courant alternatif). Le rotor, situé à l'intérieur du stator, est constitué d'un empilement de tôles en forme de couronne circulaire. Il présente un trou interne pour le passage de l'arbre rotatif et des rainures externes (fentes du rotor) pour accueillir le bobinage du rotor. Ce dernier peut être de deux types

• le rotor bobiné (également appelé rotor à anneau)
• rotor à cage d'écureuil (également appelé rotor court-circuité).

Un petit espace appelé entrefer est laissé entre le stator et le rotor pour permettre au rotor de tourner librement. Ce mince entrefer (qui agit comme un diélectrique) est de quelques dixièmes de millimètre ou aussi petit que les tolérances mécaniques le permettent. Les enroulements du stator sont généralement enrobés de résines, qui offrent également une excellente protection contre l'eau et les intempéries.

Le stator contient généralement un nombre pair d'enroulements, car il y a normalement deux enroulements pour chaque phase de puissance. Un moteur triphasé comporte donc au moins six enroulements, c'est-à-dire une paire de pôles pour chaque phase, tandis qu'un moteur biphasé comporte généralement quatre enroulements. Les deux enroulements de chaque paire de pôles sont connectés en série et physiquement disposés l'un en face de l'autre. Dans le cas du moteur triphasé à six enroulements, les paires de pôles présentent un déphasage physique et électrique de 120° ; en revanche, dans le moteur biphasé, les deux paires de pôles présentent un déphasage physique et électrique de 90°.

Une autre distinction peut être faite entre les moteurs triphasés et les moteurs monophasés.

Le moteur triphasé est un type de moteur électrique dont le fonctionnement est basé sur l'application du principe du champ magnétique tournant de Galileo Ferraris à un ensemble de courants d'entrée triphasés. En effet, pour fonctionner, il nécessite l'utilisation d'un système triphasé de courants, décalés les uns des autres dans le temps et l'espace de 120 degrés électriques. Le neutre peut être accessible ou non en fonction de l'application envisagée.

Le moteur monophasé est un type de moteur électrique alimenté par un courant alternatif monophasé