Sur quel principe fonctionne le moteur à induction?

Un moteur à induction est un type de moteur électrique alternatif largement utilisé dont le principe de fonctionnement est basé sur la loi de l'induction électromagnétique. Voici une explication détaillée de son fonctionnement :

1. Structure

Un moteur à induction se compose principalement de deux parties : le stator et le rotor.

Stator : Le stator est la partie fixe, généralement composée de noyaux en fer laminé et d'enroulements triphasés insérés dans les fentes du noyau en fer. Les enroulements triphasés sont connectés à une source d'énergie triphasée alternative.

Rotor : Le rotor est la partie mobile, généralement constituée de barres conductrices (généralement en aluminium ou en cuivre) et de bagues de finition, formant une structure de cage d'écureuil. Cette structure est appelée "rotor de cage d'écureuil".

2. Principe de fonctionnement

2.1 Génération d'un champ magnétique tournant

Source d'énergie triphasée alternative : Lorsqu'une source d'énergie triphasée alternative est appliquée aux enroulements du stator, des courants alternatifs sont générés dans les enroulements du stator.

Champ magnétique tournant : Selon la loi de Faraday de l'induction électromagnétique, les courants alternatifs dans les enroulements du stator produisent un champ magnétique variable dans le temps. Comme la source d'énergie triphasée présente un déphasage de 120 degrés, ces champs magnétiques interagissent pour former un champ magnétique tournant. La direction et la vitesse de ce champ magnétique tournant dépendent de la fréquence de la source d'énergie et de la disposition des enroulements.

2.2 Courant induit

Coupe des lignes de flux magnétique : Le champ magnétique tournant coupe les lignes de flux magnétique dans les conducteurs du rotor. Selon la loi de Faraday de l'induction électromagnétique, cela induit une force électromotrice (FEM) dans les conducteurs du rotor.

Courant induit : La FEM induite génère un courant dans les conducteurs du rotor. Comme les conducteurs du rotor forment une boucle fermée, le courant induit circule dans les conducteurs.

2.3 Génération du couple

Force de Lorentz : Selon la loi de Lorentz, l'interaction entre le champ magnétique tournant et le courant induit dans les conducteurs du rotor produit une force qui entraîne la rotation du rotor.

Couple : Cette force génère un couple, provoquant la rotation du rotor dans le sens du champ magnétique tournant. La vitesse du rotor est légèrement inférieure à la vitesse synchrone du champ magnétique tournant car un certain glissement est nécessaire pour générer un courant induit et un couple suffisants.

3. Glissement

Glissement : Le glissement est la différence entre la vitesse synchrone du champ magnétique tournant et la vitesse réelle du rotor. Il est exprimé par la formule :

Où :

s est le glissement ns est la vitesse synchrone (en tours par minute)

nr est la vitesse réelle du rotor (en tours par minute)

Vitesse synchrone : La vitesse synchrone ns est déterminée par la fréquence f de la source d'énergie et le nombre de paires de pôles p dans le moteur, calculée par la formule :

4. Caractéristiques

Caractéristiques de démarrage : Au démarrage, le glissement est proche de 1, et le courant induit dans les conducteurs du rotor est élevé, produisant un couple de démarrage important. À mesure que le rotor accélère, le glissement diminue, ainsi que le courant induit et le couple.

Caractéristiques en fonctionnement : En régime permanent, le glissement est généralement faible (de 0,01 à 0,05), et la vitesse du rotor est proche de la vitesse synchrone.

5. Applications

Les moteurs à induction sont largement utilisés dans diverses applications industrielles et domestiques en raison de leur structure simple, de leur fonctionnement fiable et de leur entretien facile. Les applications courantes incluent les ventilateurs, les pompes, les compresseurs et les tapis roulants.

Résumé

Le principe de fonctionnement d'un moteur à induction est basé sur la loi de l'induction électromagnétique. Un champ magnétique tournant est généré par l'énergie triphasée alternative dans les enroulements du stator. Ce champ magnétique tournant induit un courant dans les conducteurs du rotor, qui génère un couple, provoquant la rotation du rotor.