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Théorie & Technique>Electricité>Electrotechnique>Moteurs électriques

Première version: 13/10/2003
Dernière version: 2013-11-18

Les moteurs électriques (page 1/5)
Présentation

Les autres pages sur les moteurs électriques

Présentation (cette page)

Principes de fonctionnement généraux

Principes de fonctionnement spécifiques pour les moteurs sans collecteur

Principe de fonctionnement spécifique pour les moteurs à collecteur

Applications pratiques


Sommaire de la page


Préambule

L'électrotechnique se différencie de l'électronique par la puissance bien supérieure des courants manipulés (résistances interdites!), car ce ne sont plus des informations qui circulent mais des puissances.

L'électrotechnique est pour une bonne partie utilisée pour les moteurs électriques (appareils servant à produire un mouvement ou action, voir la comparaison avec les autres techniques d'actionneurs). Cette page à pour but de parler uniquement des moteurs électriques.

Actuellement, la plupart des besoins en motorisation (en prenant en compte les paramètres performances-coûts) peuvent être satisfaits par les moteurs électriques. Seule la difficulté pour stocker l'électricité limite leur application aux appareils statiques liés à une prise de courant.

Je me concentrerais surtout sur les moteurs électriques "modernes" (après 2005), c'est à dire sans balais.

Bases des moteurs électriques

Pour la défiinition d'un terme, j'indique en gras le nom que je retiendrais par la suite, et en italique les autres noms sous lesquels ils sont connus.

Définition du moteur électrique

Un moteur électrique est un appareil transformant l'énergie électrique en énergie mécanique. Ils utilisent soit le magnétisme, soit l'électrostatique, soit l'effet piézoélectrique.
Les machines qui transforment de l'énergie mécanique en énergie électrique) sont appelés dynamos, alternateurs ou générateurs suivant la technologie utilisée.
Comme les machines électriques sont toujours réversibles (soit générateur soit moteur) la distinction se fait sur l'usage final réel de la machine.

Par exemple, si je veut obtenir un ventilateur qui me rafraichisse en été, je vais monter des pales sur un moteur. Si je veux fabriquer de l'électricité avec le vent, je vais monter des pales sur un générateur, donc une éolienne.Un jour sans vent où je branche mon éolienne sur le réseau, elle se transforme en ventilateur.

C'est pourquoi on parle surtout de machines électriques, qui seront selon ce qu'on désire tantôt des moteurs, tantôt des générateurs.

Principe de fonctionnement

Imaginons une boussole, son aiguille aimantée nous l'appelons l'inducteur, car si on met une aiguille métal à côté cette aiguille s'aimante à son tour. Si je place un aimant au dessus de ma boussole, à 90°, l'aiguille de la boussole va se déplacer de 90° pour venir s'aligner sur mon aimant. Si je tourne mon aimant, mon aiguille va tourner avec. Comme mon aimant est tournant, je l'appelle l'induit, car il n'est pas fixe. Et voilà, vous avez compris la base de TOUS les moteurs électriques! La partie fixe attire la partie mobile, en se débrouillant pour que l'induit tourne afin que l'inducteur tourne aussi.

Principes de base du magnétisme

Pour comprendre cette page, il faut avoir compris les 4 principes de Maxwell vus dans la page sur l'électricité :
1) avec epsilon0 la permittivité du vide = 8,854187.10-12 C²/(j.m), force de coulomb entre 2 charges (Loi de Coulomb)
2)   Apparition d'une FEM aux bornes d'un circuit fermé suite aux variations de champ magnétique à travers la surface formée pr le conducteur (Loi de Faraday)
3)     Le champ magnétique n'est induit que par des dipôles
4) avec mu0 la perméabilité du vide=1,256637.10-6 H/m, donne le champ magnétique produit par un courant (Loi d'Ampère)

Hi hi!! je rigole, on va ré-expliquer ça en images vite fait :

Le 1) c'est pour dire que 2 charges + et moins s'attirent, à part dans les moteurs électrostatiques ça ne va pas nous servir beaucoup.

Le 2) c'est pour dire que toute variation de champ magnétique s'accompagne d'un champ électrique qui tourne autour de la direction du champ magnétique. Si un conducteur est placé dans ce champ électrique, ça va nous générer une force électromotrice, et donc un courant si le conducteur est fermé.

mettre les images de comprendre l'électromagnétisme dans la page sur l'électricité.

Enfin, un aimant permanent moderne est beaucoup plus léger qu'une bobine fournissant un flux magnétique équivalent.

Termes de base du moteur électrique

Je vais d'abord présenter les différents moteurs, ensuite je rentrerais dans le détail technique de chacun, il me faut donc dès maintenant vous expliquer quelques termes.

Architecture

Attention, l'axe peut être mobile (axe tournant ou Inrunner) ou fixe (cage tournante ou OutRunner). On sait juste que la cage et l'axe ont toujours un mouvement relatif entre eux.

Le rotor peut être sur l'axe (axe tournant) ou sur la cage (cage tournante). Comme exemple de cage tournante on a le cas du moteur roue, l'axe portant le roulement de roue est fixe (c'est le stator), et la cage extérieure est mobile, c'est la jante.
Il est aussi possible d'actionner la roue classiquement via un axe tournant relié à l'axe de transmission de la roue (le cardan par exemple), le moteur est ainsi monté sur le chassis de la voiture plutôt que sur la roue. La transmission aurait aussi pu être reliée à la cage tournante... Tout est possible comme montage.

Entrefer : séparation physique entre la partie tournante et la partie fixe, empêchant que les 2 parties frottent l'une sur l'autre (sinon usure). C'est dans l'entrefer que passe le champ moteur (magnétique ou électrique).

Bon, jusqu'ici c'est facile, les termes sont bien explicites! Voyons maintenant 2 termes très importants.

Fonctionnalité

Pour qu'un moteur électrique marche il faut un champ magnétique fixe et un champ magnétique variable. Le variable s'aligne d'abord sur le fixe (ce qui provoque une rotation d'un quart de tour), puis s'inverse ou se coupe pour qu'un autre champ magnétique variable se créé et s'aligne de nouveau sur le fixe (continue la rotation sur un autre quart de tour). S'il n'y avait pas de champ magnétique variable, après un quart de tour le moteur ne bougerait plus.

Attention, l'induit n'est pas forcément sur le rotor, dans ce cas là l'induit est fixe et fait bouger l'inducteur qui suit le champ tournant de l'induit. C'est d'ailleurs principalement à cette classe de moteur que nous nous intéresserons.

Dans la littérature, les mots rotor et stator sont utilisés préférentiellement à inducteur et induit. Mais comme depuis l'an 2000 le nombre d'architectures moteurs différentes a explosé, d'un moteur à l'autre le rotor et le stator n'ont pas la même fonction ni le même emplacement (à l'intérieur ou à l'extérieur).
C'est pourquoi, à rotor et à stator, j'emploierais préférentiellement les termes d'inducteur, celui qui génère le champ magnétique fixe, et d'induit, celui qui génère un champ magnétique variable s'alignant sur l'inducteur (ou dans l'autre sens l'inducteur s'alignant sur l'induit).

Comportement moteur ou générateur

L'induit est la partie alimentée en électricité du moteur. Si on arrête d'alimenter le moteur encore tournant, le champ fixe de l'inducteur tourne dans l'induit, il y a induction dans l'induit d'une f.c.é.m. (force contre électromotrice, ou tension induite de l'induit, d'où le nom d'induit, à cause de l'inducteur, d'où le nom d'inducteur aussi!).

Ça me permet d'introduire 2 autres notions :

Si la f.é.m. est supérieure à la f.c.é.m., on est plus fort que la tension générée par la machine électrique, on peut lui imposer le mode moteur. Si par contre on relâche la tension appliquée, et que la machine tourne encore encore, la f.c.é.m. devient supérieure à la la f.é.m., la machine nous impose le mode générateur.

Puissance moteur

La puissance d'un moteur indiquée sur les caractéristiques techniques est toujours la puissance absorbée. Il faut donc faire attention au rendement, par exemple pour un aspirateur de 1000 W on n'aura que 400 W de puissance réelle d'aspiration (la puissance utile ou réelle) pour les plus mauvais aspirateurs, le reste étant dispersé en chaleur dans le moteur.

Valeurs électriques

Dans le cas d'alimentation électrique à courant alternatif, les valeurs données sont des valeurs efficaces (celles qu'on aurait eu si on avait une alimentation continue). Par exemple un aspirateur 230 V fonctionne avec un courant sinusoïdal de tension max 380 V.

Voilà, vous avez les bases nécessaires pour attaquer, ne vous inquiétez si les explications vous ont semblé floues jusqu'à présent, on va les reprendre plus en détail par la suite.

Classification des moteurs électriques

Aïe, dès le début, l'électrotechnique c'est le bordel à cause des appellations diverses et variées, des termes anglo-saxons traduits en français qui n'ont pas le même nom que l'appellation française, les moteurs qui évoluent et au final se ressemblent tous, tout en gardant des noms historiquement différents alors que depuis 2000 le monde des moteurs a été révolutionné, l'angle sous lequel on les voit...

Je vais d'abord définir la classification moderne selon le principe de fonctionnement, puis aborder d'autres classification (notions quantitatives, de contraintes de fonctionnement ou d'alimentation).

Par type de mouvement obtenu

Le moteur électrique génère un mouvement. Ce mouvement peut être :

Le moteur rotatif produit un couple par un déplacement angulaire, alors que les moteurs linéaires produisent une force par un déplacement linéaire.

Par principe de fonctionnement

Classification par principe de fonctionnement :

- Moteurs synchrones autopilotés : le champ magnétique tournant généré par l'induit tourne à la même vitesse que l'inducteur :


- moteur synchrone sans balais : induit sans collecteur ni balais : Remplacent les moteurs à balais depuis 2010.

- moteur à aimants permanents (encore appelé moteur brushless, moteur sans balais) : inducteur à aimants permanents. Moteurs de vélos électriques ou ventilateurs d'ordinateur.
- moteur à réluctance variable : sans balais sur l'induit et pas d'aimants ni de bobines sur l'inducteur.
- moteur à rotor bobiné (encore appelé moteur synchrone, ou moteur à excitation, ou alternateur en générateur) : inducteur bobiné, donc présence de balais sur bague tournante (s'use moins que sur un collecteur). Alternateurs automobile (générateur synchrone).


- moteurs à courant continu (encore appelé moteur à balais ou moteur à collecteur, ou dynamo en générateur) : c'est un collecteur mécanique qui assure alternativement l'alimentation électrique des phases de l'induit, ce sont les moteurs les plus anciens utilisés car les plus faciles à piloter, et sont encore largement utilisés malgré l'inconvénient de l'usure du système collecteur. En cours de disparition très rapide au début des années 2010.
Il y a 4 types d'excitation :

- Excitation bobinée :

- Série (encore appelé Moteur universel, universel pour sa capacité à fonctionner avec un courant continu ou un courant alternatif). L'inducteur est alimenté en série avec l'induit (le même courant traverse induit et inducteur). Électroménager et outillages de bricolage.
- Parallèle (encore appelé machines shunt) : L'inducteur est alimenté indépendamment de l'induit. démarreurs et dynamos 6V pour automobile. Moteurs des PSA électriques des années 1990.
- Séparée (encore appelée indépendante ou compound). L'inducteur est alimenté en série ou en parallèle, suivant la vitesse ou le couple demandée. Cumule les avantages des 2 excitations précédentes (facilité de commande et souplesse de fonctionnement).

- Excitation non bobinée :

- A aimants permanents. Régulation vitesse par régulation de tension uniquement. Technologie relativement récente (2000). Plus de rendement que les autres types d'excitation (pas de courant de commande de l'induit).


- Moteurs asynchrones (ou moteur à induction) : Le champ tournant magnétique du stator tourne plus vite que le rotor.

- Moteur à cage d'écureuil. Moteurs triphasés industriels


- Moteurs piézo-électriques : Utilise la déformation d'un cristal sous l'effet d'un champ électrique. Pour les petits appareils

- Moteurs électrostatiques
: Utilise l'attraction électrostatique. Pour les nanomoteurs principalement.

Par type d'utilisation

Classification en fonction des conditions d'application et de leur domaine d'utilisation :

- Moteurs à entraînements : entraînement rotatif ou linéaire, soit directement soit à l'aide d'un dispositif mécanique de conversion (par ex, bielle-manivelle, vis-écrou pour transformer la rotation du moteur en translation). Souvent associés à un réducteur. On y trouve les moto-réducteurs (avoir du couple dans un petit espace), les moteurs de traction (servant au déplacement de véhicules), les moteurs couples (beaucoup de couple au démarrage).
- Moteurs pas-à-pas : positionnement discrétisé (s'arrête dans des positions bien précises).
- Servomoteurs : organes au sein d'un système asservi (automatisme), traduisant mécaniquement des consignes d'asservissement.
- Moteurs Linéaires : quand on veut avoir un déplacement linéaire, par exemple pour les glissières de machines outils.

Par type d'alimentation

On a longtemps classé les moteurs en fonction de leur alimentation :

- moteurs à courant continu, alimentés par des batteries ou des redresseurs. Moteur synchrone autopiloté.
- moteurs à courant alternatif, alimentés par un réseau alternatif. Moteur asynchrone ou moteur à courant continu série (moteur universel).

Classification retenue : par fonctionnement

Attention, ces classifications sont assez floues, les moteurs universels par exemple pouvant fonctionner comme des moteurs à courant continu ou des moteurs à courant alternatif.

De même, le moteur appelé historiquement à courant continu, à collecteur, est en fait un moteur synchrone autopiloté, c'est à dire que l'inducteur est en phase avec le champ tournant. Il fonctionne en fait grâce à du courant alternatif généré par le collecteur.

Tout comme certains considèrent qu'un moteur sans balais est à courant continu (il en a les mêmes propriétés), encore plus si on inclut dans le moteur le contrôleur qui génère le courant alternatif nécessaire au fonctionnement du moteur (comme on inclut le collecteur dans le moteur à collecteur), et d'autres considèrent le moteur sans balais comme un moteur àcourant alternatif (il est construit sur le principe du champ tournant et on peut le faire tourner sans contrôleur grâce au courant alternatif).

Idem entre les moteurs synchrones sans balais et les moteurs asynchrones, qui ne diffèrent que par leur rotor (bobiné (excité (synchrone) ou non (asynchrone)), à aimant permanent).

En fait, je vous déconseille d'utiliser la classification continu ou alternatif (dit encore champ tournant, où la vitesse moteur dépend de la fréquence appliquée), ou encore celle fonction de l'application, car on peut trouver des moteurs différents pour une même application. Cette classification date de l'époque déjà lointaine où le choix de la technologie était soit le moteur synchrone autopiloté à balais, soit le moteur asynchrone.

Je m'en tiendrais donc à la classification par principe de fonctionnement, indiquant réellement de quel moteur on parle.

Noms retenus

Pour les noms des moteurs électriques, je sais qu'ils ne sont pas très parlants (par exemple, moteur sans balais n'est pas suffisamment précis car le moteur à réluctance variable aussi est sans balais, de même que les moteurs asynchrones), mais à part revoir complètement les standards et mettre à jour en fonction de la technologie actuelle, ben je crois qu'il faut faire avec. C'est pourquoi j'utiliserais par la suite les termes en gras utilisés dans la classification par principe de fonctionnement. Je reprends ces noms dans le paragraphe ci-dessous des abréviations.

A noter que le moteur à excitation est généralement appelé moteur synchrone, mais je n'utiliserais pas ce terme déjà utilisé pour désigner la famille des moteurs dont l'inducteur est en synchronisme avec l'induit.

Abréviations retenues pour les moteurs

Il faut retenir que pour la traction automobile, seul le moteur à aimants permanents est intéressant, même si des moteurs asynchrones ou synchrones (à collecteur ou à réluctance variable) ont été ou sont encore utilisés, pour des raisons de simplicité et de coût.

Ce moteur à aimants permanent se nomme "moteur synchrone sans balais à inducteur aimants permanents" (Ouf! attendez, je reprends ma respiration). Comme c'est super long à écrire et que je suis une feignasse c'est la dernière fois que je le précise !

Pour simplifier le nom des moteurs, j'utiliserais les abréviation suivantes rencontrées dans la littérature :
-
MAS: Moteur Asynchrone (moteur à induction).
- MS: Moteurs Synchrones autopilotés, comprenant :

- MSAP: Moteur synchrone à aimants permanents (le terme "sans balais" est implicite, les moteurs avec balais étant appelé MCC-..)
-
MSRB: Moteur synchrone à excitation (RB pour rotor bobiné, là aussi sans balais).
-
MSyRV: Moteur synchrone à réluctance variable (toujours sans balais...).
-
MCC: Moteur Synchrone à balais (MCC acronyme pour Moteur à Courant Continu), comprenant :
- MCC-S: Moteur synchrone à collecteur à excitation Série (moteur universel).
- MCC-P: Moteur synchrone à collecteur à excitation Parallèle (shunt).
- MCC-SP: Moteur synchrone à collecteur à excitation Séparée (indépendante ou compound).
- MCC-AP: Moteur synchrone à collecteur à excitation par aimants permanents.

Comparaison des différents moteurs électriques

On pourra voir la page sur les actionneurs qui compare les qualités des différentes sources énergétiques (pneumatique, hydraulique et électrique). Nous nous intéresserons ici uniquement à la comparaison de moteurs dont l'énergie d'alimentation est électrique.

Moteur Synchrone Autopiloté (MS)

Régulé par la tension et l'intensité.
Avantages :
- Meilleurs rendement

- moins encombrants

- Les bobinages étant sur le stator (partie fixe) le refroidissement et l'étanchéité de l'entrefer sont facilités.

Utilisations :
On les trouve sur les puissances petites et moyennes

Moteur à aimant permanent (MSAP)

Synchrone, induit fixe, inducteur à aimant permanent.
Ce moteur, qui n'est possible que depuis quelques décennies, devient actuellement le moteur à préférer car à part le coût de son électronique, il possède les qualités du moteur à collecteur sans les désavantages de ce dernier.

Avantages :
- Simplicité de construction mécanique
- Induit fixe donc facilité de branchement électrique (pas de balais)
- Faible poids
- Fort couple pour les cages tournantes (plus de boite de vitesse), haute vitesse pour les axes tournants
- Compact
- Peu d'usure
- peu bruyant mécaniquement et électriquement
- Bon rendement supérieur à 90 %

Inconvénients : principalement dus au contrôleur électronique :
- Fiabilité du contrôleur électronique (comme tout appareil électronique) et du capteur de position
- Prix élevé du contrôleur et des aimants permanents du moteur devant être très puissants (c'est le moteur le plus cher)
- Les aimants permanents de forte puissance se désaimantent à 200°C, ne supporte pas les montées en température.

Utilisations :
On les trouve surtout dans les applications pour modélisme, ou les voitures électriques depuis 2005.

Moteur à rotor bobiné (MSRB)

Synchrone, induit fixe, inducteur bobiné.

Avantages :
- Facilité de commande de vitesse (évite un hacheur électronique grâce à la modulation du champ magnétique du rotor via le courant de commande, plus faible que celui du stator)
- Pas besoin d'électronique si branché sur un réseau alternatif, donc prix plus faible
- Evite l'utilisation d'aimants onéreux.
- Meilleur rapport performance/prix que le moteur synchrone.

Inconvénients : principalement dus au rotor bobiné :
- Présence de balais entrainant de l'usure (même si l'usure de ces derniers est 10 fois plus faible qu'avec un collecteur, la bague sur laquelle glisse le balais étant lisse)
- Rendement pénalisé par le rotor bobiné ( le courant qui passe dans le rotor ne sert pas à la puissance de sortie, car il aurait pu être remplacé par des aimants)

Utilisations :
On les trouve dans les alternateurs automobiles ou certains moteurs de traction.

Moteur Asynchrone (MAS)

Régulé par la fréquence d'alimentation.
Avantages :
- A puissance et vitesse donnée, moins chères à construire que les MS
Inconvénients :
- Rendement moins bon à cause du glissement

- A puissance égale, plus volumineux que les MS.

Utilisations :
On les trouve sur les puissances moyennes et fortes

Moteur à cage d'écureuil (MAS)

Asynchrone, induit fixe, inducteur fer.

Avantages :
- Simplicité de construction mécanique
- Prix faible si branché directement sur le réseau alternatif (pas d'onduleur électronique à rajouter)
- facilité de contrôle (basée sur la fréquence)
- le plus utilisé dans l'industrie

Inconvénients : principalement dus au contrôleur électronique :
- Assez lourd et encombrant.
- Prix élevé de l'onduleur électronique si utilisé à partir d'une batterie, avec la perte de fiabilité qui en découle.
- difficulté pour changer de régime si branché directement sur un réseau alternatif, lié à la fréquence de ce dernier
- Peu de rendement en mode générateur
- Rendement médiocre (moins de 85 %) à cause du courant réactif (glissement)

Utilisations :
On les trouve surtout dans les applications pour modélisme, et sur certaines voitures électriques comme la mia.

Moteur à réluctance variable (MSyRV)

Synchrone, induit fixe, inducteur fer.

Avantages : les mêmes que le moteur synchrone, plus :
- rotor plus léger (pas d'aimant, juste du fer)
- simplicité du contrôleur, les phases étant mono-polaires (courant toujours dans le même sens)
- prix du moteur réduit par suite de l'absence d'aimants
- fort couple et légèreté permettant de l'utiliser dans les roues
- bon compromis poids - performances

Inconvénients :
- Aimantation résiduelle des phases due à l'hystérésis du noyau magnétique, les phases étant mono-polaires, perte de rendement et de vitesse max à cause de cette difficulté de défluxage.
- pas de possibilité d'attirer puis de repousser des aimants
- Moins coupleux que le moteur synchrone

Utilisations :
Envisagés pendant longtemps en France pour la traction automobile.

Moteur à courant continu

Inconvénients : Usure des balais, il faut refroidir le rotor donc ont tendance à chauffer, et mauvaise protection à l'environnement extréieur pour le refroidir correctement. Le rotor contient les bobinages donc est lourd, vitesse de rotation limité.

Moteur à courant continu et excitation série (MCC-S)

Synchrone, induit mobile, inducteur bobiné branché en série avec l'induit.

Avantages :
- Simplicité de la régulation de vitesse
- Simplicité de construction et robustesse (pas d'électronique)
- Fort couple au démarrage
- Vitesse moteur peu dépendante de la charge (le couple augmente avec la charge par absorption plus importante de courant)
- Comme le courant dans l'induit est lié à l'inducteur, possibilité de l'utiliser indifféremment avec du courant continu ou alternatif.
- Vitesse de rotation relativement importante pour un moteur à collecteur
- Prix bas

Inconvénients :
- Dus à la présence d'un collecteur :

- Bobinage sur le rotor, limitant la vitesse de rotation sous peine de disloquer les bobines.
- Entretien des balais (à changer très régulièrement) et du collecteur (racler entre les lamelles, réusiner ces dernières)
- Génération d'étincelles et perturbations électromagnétiques lors des sauts de lames
- fiabilité aléatoire (de la merde sur le collecteur et ça ne marche plus) surtout dans des environnements salissants
- Perte de rendement à cause de la résistance rencontrée au passage des balais (-5%).

- Dus au principe du moteur à courant continu :

- nécessite un rhéostat de démarrage, sans quoi le fonctionnement démarrage-arrêt est très consommateur d'énergie
- Perte de rendement et dégagement de chaleur si contrôle de la vitesse par un rhéostat, perte de fiabilité si contrôle par hacheur électronique.

- Dus au principe de l'inducteur bobiné :

- rendement pénalisé lors des démarrages sans rhéostat (courants intenses)
- reste très lourd dû à tous les bobinages d'inducteur.

- Perte de rendement par le courant d'excitation augmentant les pertes Joules.
- Pour les moteurs universels, comme ils peuvent tourner en alternatif, il faut que le noyau fer de l'inducteur soit feuilleté, ce qui augmente le coût.
- risque d'emballement du moteur à vide risquant de le faire éclater.
- couple relativement faible imposant d'utiliser un réducteur.
- très mauvais rendement (20 à 40%)

Utilisations :
Le moteur universel est rencontré dans l'électroménager et outillage électrique (disqueuse, perceuse, etc) de faible puissance (moins de 1200 W). Dans pratiquement tous les aspirateurs.

Moteur à courant continu et excitation parallèle (MCC-P)

Synchrone, induit mobile, inducteur bobiné alimenté différemment de l'induit (en parallèle).

Avantages :
- Comme le MCC-S
- les courants dans l'inducteur sont plus faibles.
- pas de risques d'emballement à vide

Inconvénients :
- Comme le MCC-S concernant l'inducteur bobiné, le fonctionnement au démarrage et le collecteur. Mais pas de fer d'inducteur feuilleté (champ magnétique constant)
- Le charge fait baisser le régime moteur

Utilisations :
On les trouve pour les démarreurs (les balais doivent avoir une durée de vie de 100 h?, si le démarreur tournait en permanence avec le moteur il faudrait changer les balais tous les 100 kms! Pour la dynamo des anciennes 6V, les balais durent plus longtemps car courant généré beaucoup moins important (400 A en pointe et 100 A en continu pour un démarreur, 30 A max pour une dynamo).

Moteur à courant continu et excitation séparée (MCC-SP)

Synchrone, induit mobile, inducteur bobiné en série et en parallèle.

Avantages :
- Idem les MCC-S et MCC-P.
- peut être utiliser pendant un temps pas trop long ( à cause du dégagement de chaleur) à plus de puissance que sa puissance effective.
- Cumule des avantages des excitations série et parallèle, à savoir que la charge influe peu sur le régime moteur et pas de risques d'emballement à vide.

Inconvénients :
- idem MCC-S et MCC-P.
- nécessite 2 rhéostat ou contrôle de la tension, sur l'induit et sur l'inducteur.

Utilisations :
Moteurs de traction.

Moteur à courant continu et excitation à aimants permanents (MCC-AP)

Synchrone, induit mobile, inducteur à aimant permanent.

Avantages :
- Idem les MCC-S et MCC-P.
- Le plus léger des moteurs à collecteur (MCC)

Inconvénients :
- idem MCC-S et MCC-P.
- Moins de couple que les autres MCC
- Régulation de vitesse forcément par régulation de la tension d'induit.

Utilisations :
Moteurs de rétroviseurs automobile.

Tableau récapitulatif

Comparaison au niveau de la construction mécanique

type de moteur

inducteur

induit

Autodémarrage

Rendement

couple

vitesse

MSAP - Synchrone à aimant permanent

rotor à aimants permanents

stator bobiné (courant alternatif formant champ tournant)

Oui

> 90%

++ pour les cages tournantes

++ pour les axes tournants (aimants près de l'axe donc faible force centrifuge)
Vitesse précise

MSyRV - synchrone à réluctance variable

rotor fer

stator bobiné (courant alternatif formant champ tournant)

Oui

>85%


++ car le rotor est le plus simple possible

MSRB - synchrone à rotor bobiné

rotor bobiné, balais et bagues lisses (courant continu).

stator bobiné (courant alternatif formant champ tournant)

Oui

%


- à cause du rotor bobiné (mais bobines plus légères que le synchrone à collecteur)

MCC-S- synchrone à collecteur et excitation série

stator bobiné, en série avec l'induit (courant continu ou alternatif)

rotor bobiné (courant alternatif généré par le collecteur à partir de courant continu)

Oui, avec résistance de démarrage

20 à 40%

++ au démarrage mais au détriment de l'autonomie

- à cause du rotor bobiné
Dépend de la charge exercée

MCC-P - synchrone à collecteur et excitation parallèle

stator bobiné, en parallèle avec l'induit (courant continu)

rotor bobiné (courant alternatif généré par le collecteur à partir de courant continu)

Oui, avec résistance de démarrage

%

++ au démarrage mais au détriment de l'autonomie

-- à cause du rotor bobiné
Dépend de la charge exercée

MCC-SP -synchrone à collecteur et excitation séparée

stator bobiné, grosses bobines en série avec l'induit (courant continu) et petites bobines en parallèle avec l'induit (courant continu)

rotor bobiné (courant alternatif généré par le collecteur à partir de courant continu)

Oui, avec résistance de démarrage

%

++ au démarrage mais au détriment de l'autonomie

-- à cause du rotor bobiné
Dépend de la charge exercée

MCC-AP - synchrone à collecteur et aimants permanent

stator à aimants permanents

rotor bobiné (courant alternatif généré par le collecteur à partir de courant continu)

Oui, avec résistance de démarrage

%

++ au démarrage mais au détriment de l'autonomie

-- à cause du rotor bobiné
Dépend de la charge exercée

MAS - asynchrone à cage d'écureuil

rotor bobiné auto alimenté par le champ tournant de l'inducteur

stator bobiné (courant alternatif formant champ tournant)

Non

%

++
pas de risque de décrochement comme le moteur synchrone

Vitesse peu précise (dépendant de la charge appliquée) et limitée à la fréquence appliquée

Comparaison pour la traction électrique

3 grands types de moteur :

MSAP

Avantage, le meilleur rendement, le plus coupleux, le plus léger, le plus fiable (pas de balais). La forme de l'inducteur est plus libre en passant par des aimants que par des bobines.

Inconvénients, le plus fragile question chaleur et le plus compliqué et cher (commande et aimants) pour sa commande, car flux d'inducteur constant.

Le surcoût des aimants est compensé par les batteries en moins à cause de son rendement supérieur.

Utilisé sur la plupart des VE 2012.

MAS

Rendement entre celui du MSAP et le MSRB. Plus fiable que le MSRB car pas de balais. Moins compliqué à piloter que le MSAP. Plus encombrant que les moteurs synchrones (à balais ou non).

Utilisé sur la mia.

MSRB

Rendement diminué à cause du courant d'inducteur pour piloter le flux d'inducteur. L'usure des balais même réduite car bague lisse. Moteur plus lourd, équilibrage de l'inducteur, vitesse de rotation limitée (on fait tourner des bobines). Pertes cuivre et pertes Fer en plus des pertes du balais.

Possibilité de contrôler le couple et la vitesse plus facilement grâce à ce courant d'inducteur.

Hors course sur des véhicules performants, car la chute de rendement se traduit par plus de batteries embarquées, qui ont un coût et un poids supérieur. Il n'a d'intérêt que parce que moins cher à fabriquer, pour un constructeur ne maitrisant pas encore bien le sujet sur les aimants permanents.

Utilisé sur les Renault Fluence 2012.

Pour en savoir plus ...





Suite page 2 pour le principe de fonctionnement général des moteurs électriques. 

Les autres pages sur les moteurs électriques :

Présentation (cette page)

Principes de fonctionnement généraux

Principes de fonctionnement spécifiques pour les moteurs sans collecteur

Principe de fonctionnement spécifique pour les moteurs à collecteur

Applications pratiques

à suivre...


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