Les moteurs à courant alternatif peuvent produire de l'électricité, mais leur capacité dépend du mode de fonctionnement. Ils sont essentiellement une unité entre « moteur » et « générateur », et leurs principes fondamentaux reposent sur la loi de l'induction électromagnétique. Le passage d'une fonction « électrique » à une fonction « génération d'énergie » s'effectue uniquement en changeant le mode d'apport d'énergie (énergie électrique → énergie mécanique ou énergie mécanique → énergie électrique).
1. Principe fondamental : « Bidirectionnalité » de l’induction électromagnétique
Le « mode électrique » et le « mode de production d’énergie » des moteurs à courant alternatif s’articulent autour de l’induction électromagnétique, la seule différence étant la « direction du flux d’énergie » :
Mode électrique (consommation d'énergie) : alimentation CA d'entrée externe → l'enroulement du stator génère un champ magnétique rotatif → le champ magnétique entraîne le rotor (conducteur ou enroulement) pour couper les lignes d'induction magnétique → le rotor génère un courant induit → le courant est soumis à une force d'ampère dans le champ magnétique → entraîne la rotation du rotor (énergie électrique → énergie mécanique).
Mode de production d'énergie (production d'électricité) : Une force mécanique externe (comme un moteur, une éolienne, une turbine hydraulique) entraîne le rotor à tourner → le champ magnétique généré par le rotor (aimant permanent ou enroulement d'excitation) tourne avec le rotor → la ligne d'induction magnétique coupée et mise en rotation par l'enroulement du stator → l'enroulement du stator induit une force électromotrice alternative → après connexion à la charge, produit un courant alternatif (énergie mécanique → énergie électrique).
2、 Trois conditions clés pour la production d'énergie par moteur à courant alternatif
Tous les moteurs à courant alternatif ne peuvent pas produire de l'électricité par leur simple mise en marche. Trois conditions essentielles doivent être réunies pour produire une énergie électrique efficace :
1. Il doit y avoir un « champ magnétique tournant » (source magnétique)
Pour induire une force électromotrice dans l'enroulement du stator, un « champ magnétique variable » est d'abord nécessaire (le champ magnétique rotatif est la forme la plus typique), et les sources de sources magnétiques sont divisées en deux catégories :
Type d'aimant permanent : Le rotor lui-même est un aimant permanent (comme un moteur synchrone à aimant permanent), qui ne nécessite pas d'alimentation électrique supplémentaire et génère directement un champ magnétique rotatif pendant la rotation. Sa structure simple est couramment utilisée dans les petits générateurs (tels que les éoliennes domestiques et les équipements de production d'électricité portables).
Type d'excitation : Le rotor est un enroulement commun (comme les moteurs asynchrones et les générateurs synchrones), qui nécessite un « courant d'excitation » externe (CC ou CA) pour générer un champ magnétique dans le rotor (similaire à un électroaimant).
2. Il doit y avoir une « force motrice mécanique » (surmontant le couple inverse)
L'essence de la production d'énergie est de convertir l'énergie mécanique en énergie électrique. Il doit donc y avoir une force mécanique externe pour entraîner le rotor à tourner, et la vitesse doit répondre à deux exigences :
Supérieur à la « vitesse synchrone » (pour les moteurs synchrones) : La fréquence de production d'énergie des moteurs synchrones (comme 50 Hz) est strictement liée à la vitesse (formule : vitesse n = 60f/p, f est la fréquence, p est le nombre de pôles), et la vitesse doit être contrôlée avec précision par la force mécanique pour assurer une fréquence de sortie stable (comme les générateurs de turbine à vapeur dans les centrales électriques).
Au-dessus de la vitesse critique correspondant au taux de glissement (pour les moteurs asynchrones) : Lorsqu'un moteur asynchrone génère de l'électricité, la vitesse du rotor doit être légèrement supérieure à la vitesse du champ magnétique rotatif du stator (« vitesse supersynchrone ») pour que l'enroulement du stator coupe le champ magnétique et génère de l'énergie électrique (sinon, il s'agit uniquement d'un « fonctionnement électrique »).
3. Il doit y avoir une « boucle fermée » (charge ou stockage d’énergie)
L'enroulement du stator induit une « force électromotrice alternative », qui doit être connectée à un circuit fermé (comme une charge résistive, une batterie ou un réseau électrique) pour former un « courant alternatif » - s'il y a un circuit ouvert (pas de charge), seule la force électromotrice existe mais pas de sortie d'énergie électrique, et l'isolation de l'enroulement peut être endommagée en raison de la haute tension.