TPE sur les moteurs

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Il est constitué de deux parties : une fixe qui est composée d’un stator, qui génère un champ magnétique, et une partie mobile, composée d’un rotor qui tourne.

Principe de fonctionnement :

Les deux parties qui composent ce moteur sont électriques. Lorsque l'on alimente ce moteur, il se crée une interaction magnétique qui met le moteur en mouvement donc lorsque l'on inverse le sens de la tension l’alimentant il tournera dans le sens inverse.

- Le stator :

Il s’agit de la partie fixe du moteur (statique = qui ne bouge pas), on l’appelle aussi « l’inducteur » ou « l’excitation ». Il est constitué d’aimants permanents qui vont engendrer un champ magnétique. Il peut aussi être composé d’électroaimants qu’il faudra alors alimenter pour qu’ils produisent un champ magnétique appelé champ statorique.[pic 3]

On peut voir ici le flux créé par le stator d’un moteur à courant continu, c’est lui qui détermine le sens de rotation du rotor.

- Le rotor :

Il s’agit de la partie tournante. Il est constitué d’un bobinage en cuivre. Il faut alimenter cette bobine pour la transformer en électroaimants, qui entrera en interaction avec le stator. Si le rotor n’est pas alimenté il ne sera l’objet d’aucune force et ne tournera donc pas.Afin d’alimenter le rotor, on utilise un système de frottement spécial, que l'on appel des balais. Ils sont montés sur des ressorts et ils vont frotter le collecteur (il s'agit d'une partie du rotor). Cela va permettre d'alimenter celui-ci. Au fils du temps les charbons qui constitue les balais vont s'user, c'est pour cela qu'ils sont montés sur des ressorts afin qu'il y est un contact même après raccourcissement des charbons à cause de l'usure. Une fois les charbons complétement usés le moteur ne fonctionnera plus.

- Moteurs pas à pas :

En général, il existe trois types de moteur pas à pas, ceux à aimants permanent, les hybrides et ceux à reluctance variable (ils ont été citer ici dans l'ordre de leur performance, le premier est le moins performant et le dernier le plus performant). Nous allons étudier chacun d'entre eux puis nous allons voir quelle est le principe de fonctionnement de base d'un moteur pas à pas.

Si on voulait expliquer de manière assez simple le fonctionnement d'un de ces moteurs, on dirait qu'à chaque fois que le stator du moteur reçoit une impulsion électrique, il tournera avec un angle "n" constant. Cet angle "n" dépendra des caractéristiques du moteur.

Il faut aussi savoir que le nombre de pas par tour du moteur pas à pas dépend :

- du nombre de phases : m

- du nombre de paires de pôles du rotor : p

- de son type d’alimentation k 1 qui peut être soit unipolaire (il est composé de six câbles d'alimentation) soit bipolaire (il est composé de deux câbles d'alimentation)

- de son mode de fonctionnement K2

Ce moteur dispose de trois types de fonctionnement. Chaque fonctionnement fait varier le nombre de pas par tour (ces commandes s’appliquent à tous les types de moteurs pas à pas):

- Commande en mode 1 : on alimente les phases séparément une à une pour rendre les positions du rotor plus stables.

- Commande en mode 2 : on alimente deux bobines en même temps afin d’augmenter le champ magnétique créer par les bobines.

- Commande en mode 3 : dans ce mode, on alimente successivement une bobine puis deux bobines et ainsi de suite.

Pour déterminer le nombre de pas par tour, on utilise cette relation : Np = m*p*K1*K2

- Moteurs à aimants permanents :

[pic 4]

Il s'agit du modèle le plus simple dans son fonctionnement et dans sa constitution. Avec ce moteur, la rotation est obtenue en contrôlant l'alimentation des bobines ainsi que le sens du courant, tout comme pour le moteur à courant continu.

Ces caractéristiques principales sont :

- sa faible résolution, car son nombre de pas par tour est faible.

- son couple d’utilisation plus élevé par rapport au moteur à reluctance variable.

- la présence d’un couple résiduel (le rotor ne peut être déplacé manuellement) lorsque le moteur est hors tension.

- Moteurs à reluctance variable :

[pic 5]

Il est composé d’un rotor en fer comportant plusieurs dents, et d’un stator qui est également en fer. Le nombre de bobines doit être différent du nombre de dents car sinon le rotor va s'accrocher aux bobines et ne pourra plus tourner. Lorsqu'on alimente chacune des bobines, cela va créer un champ magnétique et le rotor s’orientera selon les lignes du champ. Mais ce type de moteurs pas à pas possèdent certaines particularités comme il ne sont pas composés d’aimants permanents.

Ces caractéristiques sont :

• une bonne résolution ;

• une construction simple mais délicate ;

• un couple développé faible ;

• une absence de couple résiduel avec le moteur hors tension.

- Moteurs Hybrides :

[pic 6]

Ce moteur superpose le principe de fonctionnement des deux moteurs vus ci-dessus et combine ainsi leurs avantages. Ce moteur est composé de deux rotors reliés par un aimant permanent avec un décalage de ½ dents. De ce fait ces deux éléments auront une polarisation différente (nord et sud). Afin de faire fonctionner ce moteur, on va alimenter les bobines alternativement afin de créer un champ magnétique qui va entrer en interaction avec le rotor et l’entraîner.

[pic 7]

- Les moteurs brushless :

[pic