Pour comprendre le fonctionnement des moteurs à courant alternatif, il est important de se pencher sur le développement des champs magnétiques tournants. Ces champs magnétiques suivent les principes fondamentaux de l’électromagnétisme pour faire tourner l’arbre d’un moteur à courant alternatif.
Regardons de plus près le stator d’un moteur électrique. Rappelez-vous que la construction d’un stator de moteur à courant alternatif est un cylindre creux rempli de bobines de fil isolé.
ARRANGEMENT DES BOBINES DU STATOR
Utilisez le diagramme ci-dessous pour visualiser l’interaction entre les bobines du stator. Dans cet exemple, il y a 6 bobines (2 bobines par 3 phases). Appelées « enroulements du moteur », ces bobines fonctionnent par paires et sont enroulées autour du matériau du noyau de fer qui constitue le stator.
Les enroulements du moteur deviennent chacun un électroaimant distinct. Les paires de bobines présentent des polarités opposées (un pôle nord, un pôle sud) en raison de la façon dont elles sont enroulées. Dans le schéma, supposons que la bobine A1 est un pôle nord et sa paire de bobines A2 est un pôle sud. Lorsque le courant électrique change de sens, la polarité des pôles change.
ALIMENTATION
Dans le schéma suivant, le stator du moteur est relié à une alimentation en courant alternatif triphasé. Les enroulements A1 et A2 du moteur sont connectés à la phase A de l’alimentation. Imaginez également que les enroulements B et C sont respectivement connectés aux phases B et C de l’alimentation électrique.
Les enroulements du moteur sont généralement séparés de 120º. Le nombre de fois qu’un enroulement de moteur apparaît détermine le nombre de pôles. Cet exemple montre un deuxième ensemble d’enroulements triphasés. Chaque enroulement apparaît 2 fois, ce qui en fait un stator à 2 pôles. Cependant, si chaque enroulement apparaissait 4 fois, il s’agirait d’un stator à 4 pôles.
Le courant électrique circule dans les enroulements lorsqu’une tension alternative est appliquée au stator. La direction du flux de courant qui traverse un enroulement de moteur détermine la façon dont le champ magnétique se développe. Utilisez le tableau ci-dessous comme référence pour les prochains diagrammes. Ils montrent comment se développe un champ magnétique tournant. Selon le tableau, supposez qu’un flux de courant électrique positif dans les enroulements A1, B1 et C1 du moteur crée un pôle nord.
DÉBUT DU COURANT
Pour faciliter la visualisation d’un champ magnétique, le diagramme ci-dessous montre un temps de départ où aucun courant ne circule dans l’un des enroulements. Observez la ligne de départ :
- La phase A n’a pas de flux de courant
- La phase B a un flux de courant de direction négative (-)
- La phase C a un flux de courant de direction positive (+)
Selon le tableau ci-dessus, B2 et C1 sont des pôles nord tandis que B1 et C2 sont des pôles sud. Les lignes de flux magnétique partent du pôle nord B2 et arrivent à C2, le pôle sud le plus proche. Les lignes de flux partent également du pôle nord de C1 et arrivent à B1, son pôle sud le plus proche. En conséquence, un champ magnétique est créé (comme indiqué par la flèche).
HEURE 1
Du point de départ, surveillons le champ magnétique par segments de 60º. Lorsque le champ tourne de 60º au temps 1 :
- La phase C n’a pas de flux de courant
- La phase A a un flux de courant de direction positive (+)
- La phase B a un flux de courant de direction négative (-)
Maintenant les enroulements A1 et B2 sont des pôles nord et les enroulements A2 et B1 sont des pôles sud.
Temps 2
Au temps 2, le champ magnétique tourne encore de 60º :
- La phase B n’a maintenant aucun flux de courant
- La phase A maintient un flux de courant de direction positive (+) (bien qu’il diminue)
- La phase C a maintenant un flux de courant de direction négative (-)
Parce que le flux de courant a changé de direction dans les enroulements de la phase C (commencé dans une direction positive, mais passé à une direction négative par le temps 2), les pôles magnétiques ont inversé leur polarité (le pôle nord C1 et le pôle sud C2 sont devenus le pôle sud C1 et le pôle nord C2).
360º ROTATION
Après six segments de temps de 60º, le champ magnétique aura effectué une rotation complète de 360º. En utilisant une alimentation électrique de 60 Hz, ce processus se répétera 60 fois par seconde.
VITESSE SYNCHRONIQUE
La vitesse est importante pour le champ magnétique rotatif d’un moteur à courant alternatif. Elle est connue sous le nom de « vitesse synchrone ». Cette vitesse est calculée en divisant 120 fois la fréquence (F) par le nombre de pôles (P). À titre d’exemple, la vitesse synchrone d’un moteur à 2 pôles fonctionnant à 60 Hz est de 3 600 tr/min.
À mesure que le nombre de pôles augmente, la vitesse synchrone diminue. Le tableau ci-dessous illustre comment un nombre croissant de pôles équivaut à une quantité décroissante de vitesse synchrone à 60 Hz.
Apprendre davantage sur les moteurs à courant alternatif
Nous espérons que ce guide sur les champs magnétiques rotatifs vous a aidé à mieux comprendre le fonctionnement des moteurs à courant alternatif. Revenez le mois prochain pour apprendre comment ce champ magnétique crée réellement un couple et fait tourner la charge.