MOTEUR DE CAGE SCHERREL

Figure 1. Représentation moteur schématique Cage d'écureuil. Source: Wikimedia Commons.

Qu'est-ce qu'un moteur à cage d'écureuil?

Le moteur à cage de l'écureuil est un moteur électrique à induction, dont la partie rotative ou rotor est constituée d'un ensemble de barres conductrices parallèles à la direction axiale et disposée sous une forme cylindrique autour de l'axe.

Cette forme se souvient d'une cage comme celles utilisées pour attraper des écureuils dans l'ancien nord-ouest, d'où le nom. Ils sont également l'entretien le moins cher, durable et plus petit, faute de charbons, de pinceaux ou de collecteurs dans le rotor, qui n'a pas besoin de se connecter électriquement à une source de courant externe.

Les premiers moteurs de champ rotatif ont été conçus entre 1885 et 1886 indépendamment par deux grands génies de l'électricité: Galileo Ferraris et Nikola Tesla. Ces moteurs étaient les prédécesseurs des moteurs de cage d'écureuil actuels.

Le moteur à cage d'écureuil est un courant alternatif, qui peut être en trois phases, biphasiques ou en phase unique. Selon le type de nourriture, la conception peut varier un peu, mais le principe de fonctionnement est toujours le même.

Cage d'écureuil opération

Le principe de fonctionnement est basé sur la génération d'un champ magnétique rotatif au centre du moteur, par un enroulement statique dans sa périphérie, qui est alimenté avec un courant alternatif.

Ce champ magnétique rotatif induit des courants dans les barres qui composent la cage du rotor, et ces courants produisent à leur tour un champ magnétique secondaire qui interagit avec le champ primaire, produisant un couple ou un moment sur le rotor.

La clé du fonctionnement se situe dans la production d'un champ magnétique rotatif perpendiculaire à l'axe de rotation. Ce champ rotatif exerce une force de torsion magnétique sur les barres longitudinales de la cage lorsque le courant circule.

Pour générer le courant dans les barres conductrices parallèles à l'axe de rotation de la cage, une source de courant externe n'est pas requise, car le champ rotatif lui-même, par induction magnétique, est capable d'induire un courant sur les barres de cage.

Peut vous servir: équilibre thermique: équations, applications, exercices

Que tant qu'il y a une différence entre la vitesse de rotation du champ magnétique et la vitesse de rotation du rotor.

Champ magnétique rotatif dans un moteur à trois phases

Les moteurs à cage d'écureuil peuvent être en trois phases ou en phase unique. Dans le cas du moteur à trois phases, c'est-à-dire celui qui fonctionne avec un courant alternatif de trois phases, chaque phase passe à la précédente en 120º, c'est-à-dire un tiers de la période.

Figure 2.- Animation montrant le champ magnétique rotatif résultant du chevauchement des champs individuels des trois 120º obsolète et nourri de courant en trois phases. Source: Wikimedia Commons.

Dans chaque moteur électrique, deux parties sont distinguées:

• Stator, La partie périphérique du moteur fixé par rapport à son logement.
• Rotor, Partie de rotation centrale du moteur.

Dans le stator, il y a un ensemble de feuilles à fentes et émaillées (pour éviter les courants parasites ou Foucault) et une perméabilité magnétique élevée.

Les rainures passent les câbles couverts de vernis isolant qui forment au moins trois enroulements ou bobines, obsolètes en 120º. Les trois bobines se nourrissent avec un courant alternatif en trois phases et chaque phase également avancée en 120º par rapport à la précédente.

À chaque instant, la superposition des champs magnétiques donne un champ résultant perpendiculaire à l'axe de rotation du moteur. Au fil du temps, le champ magnétique combiné des trois bobines maintient son amplitude, mais sa direction toujours perpendiculaire à l'axe de rotation, tourne avec une fréquence égale à celle du courant alternatif, généralement entre 50 et 60 Hz.

Rotor de cage d'écureuil

Il se compose de deux conducteurs reliés par huit barres conductrices longitudinales, parallèles à l'axe de rotation.

figure 3. Rotor de cage d'écureuil. Source: Wikimedia Commons.

Couple sur le rotor

Pour comprendre comment le champ rotatif produit un couple sur la cage, vous pouvez imaginer une cage minimale, composée de deux barres longitudinales diamétralement opposées.

Peut vous servir: énergie électromagnétique: formule, équations, utilisations, exemples

Lorsque cette cage est à l'origine au repos et grâce à la force électromotive, le champ rotatif qui le traverse induit un mouvement de charge dans chaque barre. Cependant, comme les barres sont courtes à circuit à leurs extrémités par un cerceau conducteur, une circulation de courant entre les barres opposées est établie.

D'un autre côté, comme les barres ont un mouvement par rapport au champ du stator, une force d'origine magnétique apparaît sur eux, connue sous le nom de force de Lorentz, qui est perpendiculaire au champ radial du stator et à la direction du courant dans chaque bar.

Pour le courant et le couple sur les barres, il est nécessaire qu'ils aient un mouvement relatif en ce qui concerne le champ radio magnétique produit dans le stator.

Par conséquent, la vitesse de rotation de la cage est toujours inférieure à celle du champ magnétique. En raison de ce manque de synchronie entre le rotor et le champ, il s'agit d'un moteur asynchrone.

Il y a donc quelques forces opposées dans chaque barre, qui produit un couple sur la cage simplifiée, et de la même manière avec des cages de plus de deux barres.

Rotor de noyau de fer

Une amélioration consiste à placer la cage intégrée dans un ensemble de disques roulés et émaillés, en matériau de perméabilité magnétique élevé, comme le fer.

Le but est de multiplier l'intensité des champs magnétiques produits à la fois par le stator et par le rotor lui-même. C'est grâce à l'interaction entre ces deux champs que le couple est produit sur le rotor.

L'expérience a montré que, si les barres de cage ont une certaine obligence par rapport à l'axe de rotation, le moteur a une opération plus douce avec moins de vibrations.

Une plus grande charge dans le rotor, la vitesse coulissante du rotor par rapport à la vitesse de rotation du champ magnétique du stator augmente également. Par conséquent, les courants maximaux et les couples maximaux se produisent lorsque le rotor est verrouillé, c'est pourquoi le moteur surchargé peut subir une surchauffe et donc endommager les vernis et les émaux isolants des bobines et les plaques qui composent les noyaux du stator et du rotor.

Il peut vous servir: quel est le numéro Prandtl? (Valeurs dans les gaz et les liquides)

Applications moteurs cage d'écureuil

Les moteurs à cage d'écureuil en trois phases sont préférés pour les applications industrielles. Ils sont moins recommandés pour les utilisations domestiques dans lesquelles le moteur asynchrone unique est préférable, car le courant en trois phases n'atteint généralement pas les résidences.

Pompes centrifuges

Les moteurs à cage d'écureuil sont préférés pour les pompes centrifuges.

Tornos et fraisage

Ils sont également idéaux dans les grands tours et les moulures, ainsi que dans les industries où les transporteurs et les bandes de soufflage sont nécessaires.

Couper et troch de feuilles 

Ces types de moteurs conviennent à l'industrie lourde de Trocales et au cisaillement des feuilles de métal.

avantage

Les moteurs à cage d'écureuil présentent de nombreux avantages par rapport aux autres types de moteurs électriques:

1. Dans l'égalité de puissance, les moteurs à cage d'écureuil sont plus compacts et plus petits que les moteurs synchrones.
2. Ils sont complètement évolutifs, c'est-à-dire qu'ils peuvent être construits de petite à très grande.
3. Le couple ou le couple de rotation des moteurs de cage d'écureuil est généralement plus élevé que celui des autres types de moteurs, très approprié pour une utilisation intensive.
4. L'efficacité des moteurs à cage d'écureuil en trois phases est supérieure à 70%. Les moteurs asynchrones à phase unique ont une performance plus faible, mais toujours plus élevé que les moteurs à courant direct.
5. En raison du développement de l'électronique de puissance, il est possible de contrôler la vitesse de ces moteurs par voie électronique, variant la fréquence du courant.

Désavantages

Parmi les principaux inconvénients peuvent être cités:

1. Au moment du démarrage, les moteurs à induction ont une forte demande de courant, ils ne sont donc pas indiqués pour les applications dans lesquelles le moteur doit constamment démarrer et s'arrêter, car cela signifierait une surcharge dans le système électrique.
2. Même lorsque Power Electronics a progressé, sa vitesse de rotation n'est pas aussi contrôlable que celle des moteurs qui passent.

Les références

1. Machines asynchrones ou à induction. Récupéré de: Bibing.nous.est
2. MARínez J. Parties d'un moteur à induction et son principe de fonctionnement. Récupéré de: Machineafers4.Des dossiers.Wordpress.com
3. Rosales J. Moteurs électriques pour l'industrie. Récupéré de: USMP.Édu.pe
4. Wikipédia. Cage à écureuil. Récupéré de: est.Wikipédia.com
5. Wikipédia. Moteur asynchrone. Récupéré de: est.Wikipédia.com