Les moteurs électriques.

INSTITUT CARDINAL MERCIER
CHAPITRE 15 :
Histoire des techniques
Les moteurs électriques.
TECHNOLOGIE
15 - 1
Les moteurs électriques
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Sommaire
1 Introduction............................................................................p4
2 Histoire de la recherche...........................................................p5, 6,7
3 Qu'est ce qu'un générateur électrique.....................................p8
4 Qu'est-ce qu'un moteur électrique...........................................p9
5 Composition.............................................................................p9
6 Classification des moteurs électriques.....................................p10, 11
7 Les générateurs et moteurs les plus utilisés ...........................p11, 12
-A La dynamo
A1 Caractéristiques et emploi
-B L'alternateur
B1 Caractéristiques et emploi
-C Le moteur universel...................................................................p12, 13
C1 Caractéristiques
C2 Emploi
-D Le moteur asynchrone...............................................................p13, 14,15
D1 Caractéristiques
D2 Emploi
D3 Démarrage
a. Démarrage étoile/triangle
b. Démarrage par autotransformateur
c. Démarrage résistif
d. Démarrage rotorique
e. Démarrage électronique
d Autres démarrages
D4 Variation de vitesse par la fréquence
-E Le moteur asynchrone monophasé...............................................p15, 16
E1 Caractéristiques
E2 Emploi
E3 Démarrage
a Démarrage par impulsion mécanique
b Démarrage par phase auxiliaire et capacitive
TECHNOLOGIE
15 - 2
Les moteurs électriques
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-F Le moteur synchrone..................................................................p16, 17
F1 Caractéristiques
F2 Emploi
8 Notions électriques..................................................................p18, 19
-A La puissance
-B La puissance triphasée
-C La puissance active
-D La puissance apparente
-E Puissance réactive
-F Intensité
-G Tension
-H Facteur de puissance
-I Rendement
9 Protection des moteurs............................................................p20
-A Disjoncteur thermique
-B Disjoncteur magnétothermique
-C Disjoncteur à minima de tension
-D Protection différentielle
10
-A
-B
-C
Pannes et remèdes principaux...............................................p20, 21
Grognement du moteur triphasé
Le moteur grogne,
Le moteur ne démarre pas du tout
11 Vocabulaire............................................................................p21
12 Bibliographie.........................................................................p22
-A Sources écrites
-B Sources Internet
TECHNOLOGIE
15 - 3
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1 Introduction
Depuis son origine, l'homme découvre, cherche. Au début il s'agissait probablement
de découvertes pour améliorer ses techniques de chasse, par nécessité de vie. Peu
à peu, il s'est mis à découvrir, par curiosité, par défis lancés à lui-même. Les
découvertes étaient d'abord très isolées et différentes les unes des autres. Durant le
XV siècle le nombre de découvertes augmente et révolutionne l'Europe. N'appelle-ton pas cette époque : la "Renaissance". La communication s'améliore : découverte
de l'Amérique par Colomb et les fabuleuses caravelles; naissance de l'imprimerie
grâce à Gutenberg; les universités fleurissent : en Belgique se sera Louvain en
1425. Assez étrangement non seulement le rythme des découvertes s'accélère mais
dans différentes parties du monde les scientifiques découvrent des choses similaires
dans les mêmes périodes, par exemple : en électricité la découverte du moteur
asynchrone par Ferraris, Galiléo et Doliwo. Hier les grandes entreprises se sont
mises à encourager et même a créer des services de recherche comme : Général
Electrique avec les chercheurs : Clarcke, Park, Concordia pour le développement de
l'électronique de puissance pour le démarrage et la régulation, le contrôle de la
vitesse des moteurs. Aujourd'hui, le monde devient un village grâce aux
télécommunications et les informations entre scientifiques sont quasi permanentes.
La puissance commerciale intensifie encore la recherche. Le temps des chercheurs
isolés est terminé. A ce jour la terre est devenue une fourmilière homogène et
unique de chercheurs. Alors de quoi demain sera-t-il fait ?
TECHNOLOGIE
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2 Histoire de la recherche
XVII siècle
von GUERICKE
Otto
physicien
allemand
1602-1686
1819
OERSTED Hans
physicien et
chimiste danois
1777-1851
1820
AMPERE André
découvertes Marie
en cascade
physicien français
1775-1836
DAVY Humphry
Physicien et
chimiste
britannique
1778-1829
ARAGO
François
chercheur et
politicien français
1786-1853


réussi à aimanter un morceau de fer avec un
solénoïde.
1821
FARADAY
Michaël
anglais
1791-1867

PIXII
Hippolyte
anglais
fabricant
1808-1835
JACOBI
Karl
Allemand
mathématicien
1743-1819
DAVENPORT
Thomas
américain
1802-1851

trouve les premiers courants induits naissant
dans les conducteurs placés dans un champ
magnétique.
Ce qui lui fait découvrir et réaliser le premier
moteur électromagnétique.
fabrique, crée à la demande et à l'aide
d'Ampère, le premier moteur magnétoélectrique
créant un courant alternatif.
1831
1832
1834
1837 nov.
TECHNOLOGIE

découvre que 2 pôles électrisés se repoussent +/
+ et -/-.
invente la première machine électrostatique
pour faciliter ses expériences.

met en évidence la circulation du courant avec
une aiguille.

explique les constatations du physicien danois
OERSTED.
édifie la théorie de l'action mutuelle des courants
: L'Electromagnétisme.
découvre le principe de l'électro-aimant.




inverse la structure de Pixii.

réalise le premier moteur électrique
commercialisable et dépose le brevet.
15 - 5
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1845
FROMENT
Gustave

1815-1865
1864
PACINOTTI
Antonio
italien
1841-1912

1869
GRAMME Zénobe
inventeur belge
1826-1901




1871
met au point le premier moteur rotatif
comportant une couronne d'électro-aimants fixe
attirant des barres de métal formant un cylindre.
publie dans Nuovo Cimento un article
scientifique sur un anneau tournant dans un
champ magnétique et trouve ainsi l'induit des
machines électriques, dont il envisage
l'utilisation pour les génératrices ou des
moteurs. Ne dépassant pas le stade
expérimental, ses réalisations ne seront
reconnues à Paris qu'en 1911.
retrouve le principe de l'anneau de Pacinotti.
améliore les premiers modèles d'alternateurs.
invente le collecteur et rend possible la
réalisation de générateurs à courant continu.
invente la dynamo.

présente à l'Académie des Sciences à Paris la
première magnéto : génératrice industrielle de
courant continu.
1885
FERRARIS
Galileo
ingénieur italien
1847-1897

découvre le principe du champ tournant dans
la construction des moteurs électriques.
1887
TESLA
Nikola
ingénieur
yougoslave
1856-1943
OSSIPOWITSCH
DOLIWODOBORRWOSLSK
I Michail
électricien russe
1862-1919

réussit à créer un champ magnétique tournant
qui permet d'entraîner en rotation une armature
mobile tournante.

invente le premier moteur asynchrone à
courant triphasé à cage d'écureuil.

En fait les 3 chercheurs Testa, Ferraris et Doliwo
se disputent l'invention du premier moteur.
Mise en service de la première locomotive
électrique de métro à Londres.
Electrification des trams zurichois.
Record du monde de vitesse 105,879 km/h avec
sa voiture électrique "La Jamais Contente".
1889
1890
1894
1899
TECHNOLOGIE


JENATZY
Camille
ingénieur belge
1868-1913

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1906
Premier aspirateur électrique commercialisé sous le
nom de "pompe à dépoussiérage".

Les machines à laver sont équipées de moteur
électrique.
1920
1964
Japon

Création du premier train à grande vitesse le
Tokaido.

recherchent et mettent au point la méthode
moderne du contrôle de la vitesse et du couple
des machines asynchrones et synchrones
appelées : "Contrôle vectoriel".
1961

Chrysler équipe la première voiture d'un
alternateur au lieu d'une dynamo
1980

application du "contrôle vectoriel" naissance des
premiers moteurs synchrones autopilotés.
1985

2000

les paquebots sont propulsés par des machines
synchrones autopilotées d'une puissance de
20MW.
les moteurs à courants continus supérieurs à
1Kw sont remplacés par les moteurs
asynchrones à contrôle vectoriel de flux.
durant les
années
1960
TECHNOLOGIE
CLARCKE
Edith 1883-1959
PARK
Robert 1902-1994
CONCORDIA
Charles 1908américain
15 - 7
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3 Qu'est-ce qu'un générateur électrique ?
Les découvertes de Oersted successives d'abord du champ électrique puis du
champ magnétique et de leurs similitudes, suivies par l'explication du
magnétisme par Ampère, ouvrent la porte à la découverte du générateur
électrique. De fil en aiguille Zénobe Gramme, électricien belge, fait tourner la
première machine à produire de l'électricité en courant continu : la dynamo.
L'électricité, existant à l'état naturel, est découverte et produite
volontairement par l'homme.
Montage :
Un aimant en forme anneau de fer. L'inducteur.
Au milieu on place un
fil de cuivre bon conducteur
d'électricité isolé et bobiné sur un anneau de métal: L'induit.
Fonctionnement :
L'inducteur génère un champ magnétique entre ses deux
pôles, nord et sud.
On fait tourner l'induit, un déplacement d'électrons d'atome en atome se
passe provoqué par le magnétisme reçu de l'aimant et l'électricité est née.
Donc l'aimant de la dynamo mis en mouvement mécaniquement par la roue
d'un vélo produit un courant électrique dans la bobine et crée ainsi du
courant continu. Il s'agit d'un générateur, il existe une autre machine
l'alternateur qui lui produit du courant alternatif. Celui-ci transforme l'énergie
mécanique reçue en énergie électrique.
Dans la réalité, ces générateurs sont raccordés mécaniquement par exemple:

à des turbines à eau pour les centrales hydroélectriques ou marémotrice

à des turbines à vapeur pour les centrales thermiques : nucléaire, gaz,
charbon, déchets…

par une éolienne pour le vent

sur les bateaux à des gros moteurs diesel

un hôpital ayant besoin en permanence d'électricité pour sauver les gens
aura une triple alimentation électrique : La distribution d'électricité
publique, un groupe électrogène (moteur diesel avec générateur) et
encore une série de batteries en cas de panne des deux autres sources
électriques.
Dans un premier temps le courant continu permettait d'alimenter des
appareils à électrolyses, les éclairages et les moteurs à courant continu de
l'industrie détrônant les anciennes sources moins souples tel que : l'énergie
hydraulique éolienne, vapeur et même l'énergie de l'animal et de l'homme.
TECHNOLOGIE
15 - 8
Les moteurs électriques
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4 Qu'est-ce qu'un moteur électrique ?
Un moteur électrique, travaille à l'inverse du générateur ou de
l'alternateur : il transforme l'énergie électrique reçue en énergie
mécanique. Cela au départ d'une batterie ou d'une autre source
d'alimentation électrique.
Les moteurs sont alimentés soit par du courant continu (CC) ou par du
courant alternatif (CA).
Bien que de conception différente les moteurs fonctionnent sous deux
grands principes :

l'induction électromagnétique, découverte par l'inventeur britannique
Michael Lardy. Un conducteur crée un courant « induit » lorsqu'il se
déplace dans un champ magnétique.
A l'inverse du premier principe la réaction électromagnétique observée par
le physicien français André-Marie Ampère : un courant électrique passant
dans un conducteur subit une force.
Donc, lorsqu'un courant électrique passe par les connexions dans le
conducteur enroulé de plusieurs tours (bobine) à des endroits précis de la
partie mobile du moteur, un champ magnétique apparaît par l'interaction des
aimants (ou bobines électromagnétiques) et provoque la rotation de la
partie mobile du moteur. Ce par attraction et répulsion des aimants et crée
ainsi une énergie mécanique qui entraîne l'arbre des machines comme la
foreuse, le mixer, le lecteur DVD ou encore la locomotive du TGV.

5 Composition
TECHNOLOGIE
ailettes de refroidissement
stator
rotor
collecteur
arbre
15 - 9
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6 Classification des moteurs électriques
Techniquement, les familles de moteurs alternatifs et continus sont à peu
prêt équivalentes, mais l'industrie a plus largement développé les moteurs
alternatifs pour le réseau de distribution vu qu'il est alternatif et les moteurs
continus, moins utilisés, ont plus été développés pour les transports
alimentés en CC.
Le tableau, ci-après, est basé uniquement sur les moteurs purement
électriques. C'est à dire qu'il n'est pas tenu compte ici de toutes les variantes
qu'apporte l'emploi de l'électronique aux moteurs modernes. Il est clair que
cette technique révolutionne le fonctionnement et l'emploi des moteurs ;
mais n'ayant pas d'informations suffisamment précises, j'ai préféré ne pas
les inclure dans ce tableau mais bien en parler dans le développement. Par
ailleurs la diversité diminue entre les moteurs à courant continu et alternatif
vu les standardisations, coûts de production et l'emploi de l'électronique.
COURANT CONTINU
DYNAMO
Autoexcitation
MOTEUR
Excitation
séparée
Excitation
séparée
Moteur
servo
Shunt
Série
Compound
Shunt
Série
Compound
Moteur universel
TECHNOLOGIE
15 - 10
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COURANT ALTERNATIF
ALTERNATEUR
Synchrone
MOTEUR
Asynchrone
Asynchrone
Rotor en courtcircuit
Synchrone
Vitesse
variable
Rotor
bobiné
7 Les générateurs et moteurs les plus utilisés
-A La dynamo
Le plus primitif des générateurs électriques est d'un
fonctionnement simple mais efficace. Il est constitué
simplement d'un aimant et d'un long fil de cuivre enroulé
sur un support, soit une bobine.
Ce générateur, basé sur l'expérience de Faraday et créé
par Gramme, est de fait à la base de toutes les
génératrices mécaniques d'électricité.
Dans celle-ci, les inducteurs sont fixes et les conducteurs induits sont
mobiles. Elle ne produit que du courant continu.
A1 Caractéristiques et emploi
Produit du courant continu.

Dynamo de vélo :
La dynamo classique a un rendement de 35%.
Le modèle intégré au moyeu de la roue de vélo a un rendement de 67%.
Production maximum à 20 km/h 10 W, au delà, le rendement diminue.

Dynamo de plus grandes puissances : charge d'accumulateurs, réseaux
d'éclairage de secours et force motrice.
TECHNOLOGIE
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-B L'alternateur
Ce générateur a le même principe de fonctionnement que la dynamo. Dans
la plupart des cas, les inducteurs sont mobiles sur le rotor et les induits sont
fixes sur le stator. Ils sont liés directement par leur arbre à la source
mécanique qui les alimente et donc tournent au même rythme.
Ils sont utilisés pour produire le courant dans les centrales électriques et
groupes électrogènes.
B1 Caractéristiques et emploi
Produit du courant alternatif.

dans les voitures couplées par courroies au moteur

dans les éoliennes couplées aux pales par l'intermédiaire d'engrenages

dans les centrales électriques couplées aux sources d'énergies
mécaniques
-C Le moteur universel
Ce moteur à CC, fonctionne en fait aussi bien en CA, d'où son nom. Pour
inverser son sens de rotation, il suffit d'inverser les polarités de l'induit et de
l'inducteur pour inverser son sens de rotation.
Lorsque les inducteurs sont alimentés, ils créent un champ magnétique dans
l'entrefer.
Quand l'induit est alimenté, ses conducteurs situés sous un même pôle sont
parcourus par des courants de même sens et soumis à une force.
Les conducteurs situés sous le pôle opposé sont soumis à une force de même
intensité et de sens opposé.
Les deux forces créent un couple qui fait tourner l'induit du moteur.
Pour inverser le sens de rotation d'un moteur à courant continu il suffit
d'inverser les polarités de la tension d'alimentation de l'induit ou des
inducteurs.
Comme la polarité de l'induit et de l'inducteur dépendent du sens du courant,
si celui-ci s'inverse, les pôles de l'induit et de l'inducteur s'inversent aussi,
mais les forces résultantes sont toujours dans le même sens.
C1 Caractéristiques (+ points positifs, - points négatifs)
+ couple de démarrage important.
+ convient pour le petit appareillage car peu encombrant.
- crée des parasites.
- mauvais rendement.
TECHNOLOGIE
15 - 12
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- provoque des parasites, d'où l'emploi d'un antiparasitage obligatoire
- de préférence ne pas tourner à vide car il s'emballe.
- limite de vitesse d'utilisation élevée, vu le rotor bobiné, il s'agit du
«défrettage », phénomène du à la force centrifuge finissant par
casser les liens assurant la tenue des ensembles de spires (le
frettage).
Une partie de ces inconvénients sont partiellement résolus par des
réalisations de moteurs sans fer au rotor appelé moteur
«disques » ou moteur «cloches ».
C2 Emploi
Machines portatives : perceuse, aspirateur, robot ménager.
Traction des locomotives.
-D Le moteur asynchrone triphasé
Encore appelé moteur à cage d'écureuil, c'est le plus répandu des moteurs.
Ce moteur sans connexion entre le stator et le rotor fonctionne en CA.
Le terme asynchrone provient du fait que le champ magnétique du rotor a
une rotation en léger décalage par rapport à la vitesse de rotation du
magnétisme engendré dans le stator.
Sa vitesse est proportionnelle à la fréquence du courant d'où l'intérêt de la
gestion de sa vitesse avec ce genre de système.
Pour les moteurs asynchrones de puissance de plus de 7KVA le démarrage
sera facilité par le coupleur "étoile/ triangle".
Le sens de rotation de ces moteurs en triphasé est obtenu par simple
inversion de deux phases.
Depuis l'avènement de l'électronique de puissance, dans les domaines de
forte puissance, le moteur asynchrone détrône la machine synchrone.
D1 Caractéristiques
+ convient pour de nombreux emplois.
+ très robuste.
+ construction facile, d'où prix avantageux.
+ le plus répandu des moteurs vu sa grande gamme de puissance et ses
autres qualités.
- lors du démarrage le courant peut atteindre 8 fois le courant nominal de la
machine.
D2 Emploi

Moyen de transport : tram, métro.

Machine industrielle et gros électroménager.

Avec un accompagnement électronique de puissance : comme générateur
dans l'éolienne par exemple.
TECHNOLOGIE
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D3 Démarrage
a. Démarrage étoile/triangle
Le plus classique pour les moteurs triphasés, comme dit plus haut, ce
démarrage d'abord en étoile puis en triangle permet de diviser par la
racine de trois la tension de démarrage. Cette méthode de démarrage
est très économique. Il faut tenir compte pour ce genre de démarrage
que la tension aux bornes,
et donc le couplage triangulaire,
correspondent à la tension du réseau. Par exemple pour un réseau
230v il faudra un moteur triangle 230/ étoile 400v. Le démarrage
devra se faire à vide ou à couple résistant faible. Au second temps le
moteur travaillera en pleine puissance et rejoint ses caractéristiques
naturelles.
Ce système permet également le fonctionnement à deux vitesses.
b. Démarrage par autotransformateur
Pour ce mode de démarrage, le stator du moteur asynchrone est relié à
un autotransformateur qui permet d'effectuer un démarrage sous
tension variable. La tension est progressivement augmentée, l'intensité
du courant ne dépassant pas la valeur maximale désirée.
c. Démarrage résistif
Pour le démarrage résistif, on insère des résistances en série avec les
enroulements statoriques dont l'effet limite la tension aux bornes. Une
fois le démarrage effectué, on court-circuite ses résistances. Cette
opération peut être effectuée progressivement par un opérateur à
l'aide de rhéostats de démarrage.
d. Démarrage rotorique
Lors d'un démarrage rotorique, des résistances de puissance sont
insérées en série avec les enroulements du rotor. Ce type de
démarrage permet d'obtenir un fort couple de démarrage avec des
courants de démarrage réduits mais il ne peut être mis en œuvre
qu'avec des machines à rotor bobiné munis de contacts glissants
(bagues et balais) permettant les connexions électriques des
enroulements rotoriques.
e. Démarrage électronique
Grâce à l'évolution technique le variateur électronique permet un
démarrage de grande souplesse, des économies d'énergie ou encore
des variations de vitesse.
TECHNOLOGIE
15 - 14
Les moteurs électriques
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D4 Variation de vitesse par la fréquence
La variation de vitesse par le réglage de la fréquence actuellement est la plus
intéressante. Avec ce procédé le couple de démarrage est maintenu de
manière constante, le courant et le facteur de puissance demeurent
inchangés, et donc le couple résistant reste constant et ne varie pas.
Cette méthode est utilisée depuis longtemps pour le réglage de la vitesse des
moteurs asynchrones triphasés. Ils sont
utilisés à la place des
convertisseurs statiques et permettent un contrôle plus efficace et
économique de ces moteurs. Dans la réalité un surdimensionnement de 10%
des moteurs est nécessaire pour compenser les pertes dues aux
harmoniques. Ces systèmes protègent le moteur de ces effets indésirables et
évitent des bruits, vibrations et pulsations.
-E Le moteur asynchrone monophasé
Bien que moins utilisé que son frère triphasé, à puissance égale est plus
volumineux ce moteur sans connexion entre le stator et le rotor fonctionne
en CA. Il a besoin d'un moyen de démarrage comme un condensateur.
E1 Caractéristiques
+ convient pour de nombreux emplois.
+ très robuste.
- lors du démarrage le courant peut atteindre 12 fois le courant nominal de
la machine.
- volumineux.
- cos ϕ et rendement plus faible que le moteur triphasé asynchrone.
E2 Emploi
Idem moteur triphasé mais uniquement avec alimentation monophasée.
E3 Démarrage
a Démarrage par impulsion mécanique
C'est à dire simplement lancement du moteur à la main.
b Démarrage par phase auxiliaire et capacitive
Dispositif le plus employé, consiste à placer un voir deux
condensateurs
dans le circuit de l'une des bobines. La présence de
cette capacité provoque le déphasage inverse à celui de l'induit, le
fonctionnement en période de démarrage et en marche normale est
voisin de celui d'un moteur monophasé à champ tournant. Pour garder
ce déphasage entre les deux bobines durant la marche, le deuxième
condensateur est déconnecté une fois le démarrage effectué car
l'impédance du stator a augmenté.
TECHNOLOGIE
15 - 15
Les moteurs électriques
INSTITUT CARDINAL MERCIER
c Démarrage par phase auxiliaire
Sur ce type de moteur spécial, il y aura deux enroulements décalés de
90°, le deuxième étant actif durant la phase de démarrage puis mis
hors circuit par coupleur centrifuge.
d Autres démarrages
 Par phase auxiliaire et résistance : de même genre que pour le
moteur triphasé, il aura la particularité comme pour le démarrage à
phase auxiliaire de mettre la résistance hors course par un coupleur
centrifuge.
 Par phase auxiliaire et inductance : même principe que par
démarrage résistif mais ici il s'agira d'une inductance.
-F Le moteur synchrone
Ce moteur synchrone existant en monophasé est généralement réaliser en
triphasé, sa vitesse de rotation est proportionnelle à la fréquence du courant
qui le traverse. Il est constitué dans la plupart des cas d'un inducteur fixe, le
stator, et un induit tournant, le rotor. Il est de constitution très proche de
l'alternateur. Une fois de plus l'électronique a fortement modifié son emploi.
En effet associé à un onduleur de courant, il permet de fixer le couple moteur
moyen constant avec un minimum de courant. Il s'agit de l'autopilotage,
autrement dit : asservissement des courants statoriques par rapport à la
position du rotor.
F1 Caractéristiques
+ permet de modifier la fréquence et même fournir de l’énergie réactive.
+ vitesse constante puisqu'en phase avec la fréquence.
+ facteur de puissance peut être égal à l’unité.
+ excellent rendement.
+ depuis l'arrivé de l'électronique qui permet de réguler sa vitesse retrouve
un nouvel intérêt pour les grandes puissances.
- coût de production.
- démarrage compliqué.
- vitesse constante, donc ne peut varier.
- peut employer vu ces inconvénients.
Existe sous différentes formes et fonctionnement en courant continu :
moteur Shunt, moteur Série, moteur Compound.
En courant alternatif : moteur synchrone.
TECHNOLOGIE
15 - 16
Les moteurs électriques
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F2 Emploi

Moyen de transport : TGV et autres machines de traction.

Propulsion de navires.

Sous forme d'alternateur, on l'utilise pour générer du courant dans les
groupes électrogènes.

Compensateur synchrone : amélioration du cos ϕ (ce dit cosinus phi).

En monophasé assure la rotation uniforme de programmateurs de
machine à laver.

Machine à vitesse variable comme l'ascenseur.
8 Notions électriques
Quelques notions électriques de bases sont utiles pour réaliser les mesures
de consommation des moteurs.
TECHNOLOGIE
15 - 17
Les moteurs électriques
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-A Puissance :
Rappel : Quantité d’énergie qu’il est possible de produire ou consommer par
unité de temps.
-B Puissance en triphasé :
Le principe de la conservation de l'énergie, la puissance utilisée par un
récepteur triphasé est égale à la somme des puissances dépensées par
chacun des récepteurs donc : P= P1+P2+P3
En alternatif, on parlera de 3 puissances différentes : apparente, active,
réactive.
-C Puissance active :
Puissance réellement transformée par le récepteur, ici le moteur, pour
donner de l'énergie sous une forme nouvelle récupérable par exemple ici :
mécanique.
-D Puissance apparente :
Obtenue par le produit U.I, celle-ci n'est pas transformée en une forme
d'énergie récupérable.
Elle se mesure à l'aide d'un voltmètre et d'un Ampèremètre.
-E Puissance réactive :
Ne donne pas la puissance utilisable mais correspond à la réaction
magnétique du récepteur.
-F Intensité :
Un courant électrique est le nombre d'électrons libres qui circulent en une
seconde dans un conducteur. Soit, un Coulomb par seconde.
L'intensité se mesure sur un seul conducteur à la fois de l'alimentation à
l'aide d'une pince Ampèrmétrique ou d'un Ampèremètre placé en série avec
le récepteur pour les mesures inférieures à 1 Ampère.
-G Tension :
Pour qu’un courant circule dans un circuit, il faut qu’il y ait une différence
de pression électrique à ses extrémités, appelée DIFFERENCE DE
POTENTIEL ou TENSION aux bornes du circuit.
Cette tension est donc la différence du nombre d'électrons entre deux
points du circuit.
Elle se mesure aux bornes de l'alimentation à l'aide d'un voltmètre.
-H Facteur de puissance :
Cos ϕ, cosinus phi, ou angle phi est le déphasage entre la puissance et la
puissance apparente ou le déphasage entre la tension aux bornes du
récepteur et l'intensité du courant qui y passe. On pourrait dire dans un
TECHNOLOGIE
15 - 18
Les moteurs électriques
INSTITUT CARDINAL MERCIER
moteur asynchrone qu'il s'agit de l'écart qu'il y a entre les pôles du stator
et du rotor. Un bon cos ϕ ne sera jamais égal à 1 car cela signifie que les
pôles magnétiques du rotor et le stator sont les uns en face des autres.
Le moteur serait à l'arrêt, en panne. Il sera idéalement de 0.9 pour les
gros moteurs et pour les petits moteurs sera étalé entre 0.75 et 0.9. S'il
est inférieur à cela on placera des condensateurs en parallèles sur
l'alimentation pour le redresser.
Unité de grandeur
Puissance
Tension
Intensité
Puissance active
Puis. apparente
Puissance réactive
Symbole de la
grandeur
P
U
I
P
S
Q
En monophasé
P= U.I
ou P= R.I²
Unité de mesure
watt
Volt
Ampère
watt
volt ampère
volt amp.réactif
Symbole de
l'unité
W
v
A
W
va
var
En triphasé
P= U.I. cos ϕ
S =U.I. √3
Q=U.I. √3 sinϕ
cos ϕ = P/S
-I Rendement :
Dans un moteur, la puissance nominale électrique, nécessaire pour produire
une puissance mécanique, ne sera jamais égale à cette puissance
mécanique.
Une petite partie de la puissance électrique sera nécessaire pour vaincre le
frottement des parties mobiles du moteur : les pertes mécaniques.
De plus, le courant électrique traversant les bobines électriques du moteur
va créer un échauffement de celle-ci. Les pertes électriques.
Puissance utile = puissance absorbée + pertes.
Il est évident que le rendement ne sera jamais supérieur à 1.
η = rendement.
Pu = puissance utile.
Pa = puissance absorbée.
(qui lui a été fournie)
TECHNOLOGIE
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Les moteurs électriques
INSTITUT CARDINAL MERCIER
9 Protection des moteurs




-A Disjoncteur thermique : Vu le fort courant nécessaire au démarrage
des moteurs, on utilisera des disjoncteurs thermiques à déclenchement
lent, pour éviter des coupures de courant intempestives. Ces thermiques
seront calibrés au plus juste en fonction de la puissance du moteur à
protéger. Ils seront placés près de celui-ci car ils le protégeront de
manière directe.
-B Disjoncteur magnéto-thermique : La protection par disjoncteur
magnéto-thermique à l'origine du circuit dans le tableau électrique mais
ceux-ci auront une courbe de déclenchement adaptée au moteur soit du
type D.
-C Disjoncteur à minima de tension : Pour les moteurs de grande
valeur, pour éviter qu'ils ne fonctionnent en manque d'une phase ou en
sous-tension ce qui pourrait provoquer de graves dommages aux
moteurs. Il sera placé, en plus, un disjoncteur à minima de tension.
-D Protection différentielle : En tête d'installation une protection
différentielle de 300 mA sera également prévue dans les installations
domestiques.
10 Pannes et remèdes principaux
Ce genre de pannes étant très étendu, il n'est pas possible ici de toutes les
décrire. Il est important pour l'électricien de distinguer les pannes de bases
auxquelles il peut remédier seul de celles à confier : à un bobineur ou
dépendant de la distribution électrique du réseau sur lesquelles, il n'a pas de
prise.
L'électricien peut intervenir sur les circuits d'alimentation et de commande,
sur les accessoires de démarrage externes à remplacer et sur le
remplacement des ballets, les autres pannes seront à isoler si possible et à
signaler soit au producteur d'électricité soit au bobineur.

-A Grognement du moteur triphasé :
Une phase est en rupture d'alimentation.
Arrêt immédiat du moteur, vérification du circuit d'alimentation.
Voir à la source si le réseau alimente bien les 3 phases.
Si oui, vérification du circuit d'alimentation : connections, conducteurs,
appareillages de protection et de commande par l'électricien.
TECHNOLOGIE
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

-B Le moteur grogne,
Ou vibre mais ne démarre pas :
Vérifier si la tension d'alimentation est constante et de bon niveau.
Si oui, vérifier le système de démarrage par l'électricien.
Si non voir le distributeur d'électricité.
-C Le moteur ne démarre pas du tout :
Vérifier l'alimentation, le circuit d'alimentation complet, le moteur luimême.
Après la vérification de l'alimentation et du réseau, vérification des ballets
du moteur, si usés ou défectueux à remplacer.
Si problème au stator ou rotor faire réviser le moteur par le bobineur.
11 Vocabulaire
arbre
flux
collecteur
harmonique
inductance
inducteur
induit
onduleur de courant
redresseur
rotor
stator
solénoïde
TECHNOLOGIE
axe du moteur sur lequel sont placées les plaques métalliques du
rotor, les bobines et les collecteurs
induction magnétique
fixé à la partie fixe du moteur, donne l'électricité aux collecteurs,
ils sont réalisés en carbone
posé sur l'arbre du rotor reçoit l'alimentation électrique via les
balais et la distribue aux bobines du rotor
Perturbations et fluctuations de tension dues au déséquilibre de
tensions triphasées, du champ électromagnétique, de décharges
électrostatiques.
quotient du flux d'induction à travers un circuit, créé par le courant
traversant ce circuit
aimant ou électroaimant créant le champ magnétique et le diffuse
dans l'induit
reçoit le champ magnétique et le transforme en courant électrique
convertisseur statique d'électricité qui transforme un courant
continu en courant alternatif
partie rotative du moteur constituée d'un ensemble de bobines
reliées par le collecteur à l'alimentation électrique ; crée également
un champ magnétique
partie fixe du moteur crée le champ magnétique à l'aide
d'enroulement bobiné ou d'aimants permanents
fil de cuivre enroulé en hélice sur un cylindre ou bague, et qui,
parcouru par un courant, produit un champ magnétique identique à
celui d'un aimant
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12 Bibliographie
-A Sources écrites

Electricité Pratique. J.-M. Fouchet – Ed. DUNOD –Col.M.Durrande, Promotion
Sociale – 1984

Cours d'éveil à la Science - Brigitte LEGAT – professeur à l'Institut Supérieur
Pédagogique Galilé –2006

Cours d'électricité - Pierre-Paul Hudsyn – professeur à l'Institut Don Bosco
Woluwé - 1979 (il s'agit du cours que j'ai suivi !)

Cours de technologie et électricité industrielle – inconnu – reçu à Don Bosco –
2008

Le Petit Larousse – Grand format – Edition Larousse – 2003
-B Sources Internet
Histoire du moteur électrique http://tplaime.epfl.ch/page61619.html
Davy http://www.clubeea.org/documents/mediatheque/HistoriqueMRV_Multon3EI1995.pdf
Arago www.arago.science.gouv.fr ET http://expositions.obspm.fr//F.Arago/intro.html
Les moteurs électriques http://www.science.gouv.fr/index.php
Fabriquant de moteurs "RMEi" http://www.sermes.fr/produits/vem.htm
Faraday http://isimabomba.free.fr/biographies/chimistes/faraday.htm
Joule http://www.cosmovisions.com/Joule.htm
L'alternateur http://www.motorlegend.com/entretien-reparation/electricite-automobile/lalternateur-automobile/8,11799.html
Moteur http://fr.encarta.msn.com/encnet/refpages/search.aspx?q=MOTEUR+ELECTRIQUE
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