Types de moteurs à induction monophasés | Schéma de câblage des moteurs à induction monophasés

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Un moteur à courant alternatif (CA) est un dispositif électromécanique qui convertit l’énergie électrique en mouvement mécanique grâce à l’utilisation de l’électromagnétisme et au changement de la fréquence et des tensions produites par la compagnie d’électricité ou le contrôleur du moteur.

Les moteurs à courant alternatif sont au cœur de la consommation électrique dans le monde car ils font beaucoup et avec très peu d’intervention humaine. Le moteur à courant alternatif est de loin le moteur le plus simple et le moins cher utilisé dans l’industrie.

Figure 1 : Stator et rotor du moteur

Il y a très peu de pièces qui composent un moteur à courant alternatif, tant qu’elles restent dans leurs caractéristiques de fonctionnement, elles peuvent fonctionner jusqu’à 100 ans avec très peu de maintenance ici et là. Les principales pièces du moteur à courant alternatif sont le rotor et le stator, comme on peut le voir sur la figure 1.

Un rotor est une partie rotative du moteur à courant alternatif qui est supporté par un ensemble de roulements pour permettre une rotation sans faille logé à l’intérieur des cloches d’extrémité. Les roulements sont pressés dans l’ensemble des cloches d’extrémité qui sont remplies d’un lubrifiant pour permettre un mouvement fluide.

Le stator est la partie fixe ou stationnaire du moteur dans laquelle les cloches d’extrémité sont fixées et les enroulements sont enroulés autour des feuilles de fer laminées qui créent un champ rotatif électromagnétique lorsque la bobine est alimentée.

Les moteurs sont des composants électromécaniques très polyvalents car ils peuvent être dimensionnés, configurés et construits pour s’adapter à n’importe quelle situation ou effectuer n’importe quelle tâche. Un grand pourcentage des moteurs utilisés dans l’industrie sont des moteurs monophasés et triphasés, comme le montre la figure 2.

Fig.2: Moteur à induction triphasé (Image Courtesy : Wikipedia)

Moteurs à induction monophasés

Un moteur à induction monophasé est un moteur électrique qui fonctionne sur une seule forme d’onde de courant alternatif. Les moteurs à induction monophasés sont utilisés dans les applications résidentielles pour les appareils à moteur à courant alternatif dans les logements simples, ou multiples. Il existe trois types de moteurs à induction monophasés qui sont le moteur à bague de déphasage, le moteur à phase séparée et le moteur à condensateur.

Moteur à bague de déphasage

Les moteurs à bague de déphasage, comme on peut le voir sur la figure 3, sont des moteurs à induction monophasés que l’on trouve en train de faire fonctionner de petits ventilateurs de refroidissement à l’intérieur des réfrigérateurs dans les ordinateurs. Ils appartiennent à la famille des moteurs à induction à cage d’écureuil qui sont utilisés dans des applications limitées nécessitant une puissance inférieure à 3/4 de cheval, généralement comprise entre 1/20 et 1/6 de cheval.

La charge la plus lourde qu’un moteur à bague de déphasage peut tourner composant qui est très léger en poids et capable de tourner dans une faible densité, Habituellement, lorsque les moteurs à bague de déphasage tombent en panne, ils sont jetés à la poubelle et un nouveau est acheté.

Fig.3 : Moteur à bague de déphasage

Fig.4.: Schéma de câblage des moteurs à bague de déphasage

Les pôles du stator sont équipés d’un enroulement supplémentaire dans chaque coin, appelé enroulement de déphasage, comme le montre la fig.4. Ces enroulements n’ont pas de connexion électrique pour le démarrage mais utilisent le courant induit pour faire un champ magnétique tournant.

La structure polaire du moteur à pôles ombrés permet le développement d’un champ magnétique tournant en retardant l’accumulation du flux magnétique. Un conducteur en cuivre isole la partie ombrée du pôle en formant un tour complet autour de celui-ci. Dans la partie ombragée, le flux magnétique augmente mais est retardé par le courant induit dans le blindage en cuivre. Magnetic flux in the unshaded portion increases with the winding current forming a rotating field.

Split Phase Motor

A split phase induction motor is a single phase induction motor that has two windings called the run winding and a secondary start winding and a centrifugal switch as shown in figure 6. Split phase motors usually operates at 1/20 HP TO 1/3 HP.

These squirrel cage motors are a step above the shaded pole motors, because they can to a little more work with a heavier load attached to the shaft of the rotor.

Fig.5: Split Phase Motor

Fig.6 : Schéma de câblage d’un moteur à phase auxiliaire

Le moteur à phase auxiliaire peut être trouvé dans des applications nécessitant 1/20 HP jusqu’à 1/3 HP, ce qui signifie qu’il peut faire tourner n’importe quoi, des pales d’un ventilateur de plafond aux baignoires de machines à laver, en passant par les moteurs de soufflerie pour les appareils de chauffage au mazout et les petites pompes.

Le commutateur centrifuge est un dispositif de contrôle normalement fermé qui est câblé dans l’enroulement de démarrage. Le but de cette configuration est que l’enroulement de démarrage du moteur soit retiré du circuit une fois que le moteur atteint 75 à 80 % de sa vitesse nominale. Même s’il est considéré comme un moteur fiable, cet interrupteur centrifuge est une pièce mobile qui ne parvient parfois pas à se réengager lorsque le moteur s’arrête de tourner.

Comment fonctionnent les moteurs à phase auxiliaire

• Pour démarrer un moteur à phase auxiliaire, les enroulements de démarrage et de marche doivent être connectés en parallèle
• À 75 % de la vitesse maximale, l’interrupteur centrifuge s’ouvre, déconnectant l’enroulement de démarrage.
• Puisque l’enroulement de démarrage est déconnecté du circuit, le moteur fonctionne par l’intermédiaire de l’enroulement de marche.
• Pour couper l’alimentation d’un moteur biphasé à 40% de la vitesse de pleine charge, l’interrupteur centrifuge se ferme. Mise hors tension du moteur.

Moteurs à condensateurs

Les moteurs monophasés à condensateurs sont la prochaine étape dans la famille des moteurs à induction monophasés. Les moteurs à condensateurs contiennent le même enroulement de démarrage et de fonctionnement que celui d’un moteur monophasé, à l’exception du condensateur qui donne au moteur plus de couple au démarrage ou lorsqu’il fonctionne. Le but du condensateur est de renvoyer la tension au système quand il n’y a pas de tension produite et l’onde sinusoïdale DAC d’un système monophasé.

Dans le système monophasé CA, il n’y a qu’une seule forme d’onde de tension et pendant un cycle de la maladie 60 cps qu’il faut pour produire de la tension, aucune tension n’est produite à deux points. C’est le travail du condensateur de combler ce vide afin que le moteur voie toujours une tension, ce qui signifie qu’un couple important est produit lorsque le moteur fonctionne.

Les trois types de moteurs à condensateur sont les moteurs à démarrage par condensateur, à fonctionnement par condensateur et à démarrage et fonctionnement par condensateur.

Moteur à induction à démarrage par condensateur

Les moteurs à induction à démarrage par condensateur, comme on le voit sur la figure 7, sont des moteurs à induction monophasés dont le condensateur est connecté en série avec l’enroulement de démarrage et le commutateur centrifuge du moteur. Cette configuration donne au moteur une puissance de démarrage passée mais l’application n’exige pas beaucoup de puissance pendant le temps de fonctionnement. Pendant la période de fonctionnement, l’inertie de la charge joue un rôle important dans le fonctionnement du moteur. Lorsqu’il y a un problème avec le moteur, il est généralement dû à un mauvais condensateur. Le moteur ne tournera généralement pas à moins qu’une force extérieure ne fasse tourner l’arbre ; une fois qu’il est démarré, il continuera à fonctionner correctement jusqu’à ce que le courant soit coupé du moteur.

Les moteurs à démarrage par condensateur se trouvent généralement dans les unités AC, les gros moteurs de soufflerie et les ventilateurs de condensateur. Le condensateur de ces moteurs est parfois intégré au moteur ou situé à distance du moteur, ce qui facilite principalement son remplacement.

Fig.7: Capacitor Start Motor

Capacitor Motor Operation

• Has a start winding, run winding, and centrifugal switch that opens at 60 to 80% full load speed, as seen in figure 8.
• The start winding and the capacitor are no longer in use once the centrifugal switch opens, as seen in figure 9.
• The capacitor is only used for high torque starting.

Fig.8: Start Capacitor

Fig.9: Centrifugal Switch

Capacitor Run Induction Motor

Capacitor run induction motors, as seen in figures 10 and 11, are much like the capacitor start induction run with the exception of the start winding and run winding stay in the circuit at all times. This type of motor requires low starting torque but needs to keep a constant torque while running. This type of motor can sometimes be found in the air-conditioning compressor. The start winding is permanently connected to the capacitor in series.

Fig.10: Capacitor Run Motor

Fig.11: Capacitor Run Motor

Capacitor Run Operation

• Uses a lower rated capacitor because the capacitor is in the circuit at full load speed at all times.
• Used for higher running torque.

Capacitor Start-Capacitor Run Induction Motor

Capacitor start capacitor run induction motors are single phase induction motors that have a capacitor in the start winding and in the run winding as shown in figure 12 and 13 (wiring diagram). This type of motor is designed to provide strong starting torque and strong running for applications such as large water pumps.

Fig.12: Capacitor Start and Capacitor Run Motor

Fig.13: Capacitor Start-Capacitor Run Motor Wiring Diagram

Capacitor Start-Capacitor Run Motor Operation

• Consist of two capacitors
• One capacitor is connected in series with the start winding; the other capacitor is connected in series with the run winding.
• Both capacitors have different values.
• Capacitor start and run motor has the same starting torque and higher running torque because there is more capacitance.
• Larger value capacitor to start, and lesser value capacitor to run.