Un moteur à courant alternatif (CA) est un dispositif qui convertit l'énergie électrique du courant alternatif (CA) en énergie mécanique. Son fonctionnement repose sur des principes électromagnétiques fondamentaux. Pour comprendre son fonctionnement, analysons ses principaux composants et la séquence d'événements qui permet le mouvement.

 

Commençons par identifier les principaux composants. La plupart des moteurs à courant alternatif, en particulier les moteurs à induction courants, sont constitués de deux éléments principaux : stator et le rotorLe stator est la partie externe fixe du moteur. Il contient un ensemble d'électroaimants (appelés enroulements statoriques) disposés en cercle autour de l'axe central. Ces enroulements sont connectés à une source d'alimentation alternative. Le rotor, quant à lui, est la partie interne rotative, généralement un noyau cylindrique constitué de tôles métalliques laminées, avec des barres conductrices (souvent en cuivre ou en aluminium) encastrées à sa surface, formant une structure en « cage d'écureuil » dans de nombreux moteurs à induction. Ces barres sont court-circuitées à leurs deux extrémités par des anneaux, permettant ainsi la circulation du courant électrique.

 

La magie d'un moteur à courant alternatif commence par le champ magnétique rotatif généré par le stator. Lorsque le courant alternatif traverse les enroulements du stator, chaque enroulement devient un électroaimant dont la polarité s'inverse lorsque le courant alterne (le courant alternatif change périodiquement de direction). Point crucial, les enroulements du stator sont espacés selon des angles spécifiques (généralement de 120 degrés dans les moteurs triphasés) et connectés à des phases du réseau alternatif désynchronisées. Ce déphasage entraîne une rotation régulière du champ magnétique produit par le stator autour de l'axe, à une vitesse appelée vitesse synchrone, qui dépend de la fréquence du courant alternatif et du nombre de pôles des enroulements du stator. Par exemple, une alimentation 60 Hz avec un stator à 4 pôles génère une vitesse synchrone de 1 800 tours par minute (tr/min).

 

Suivant, induction électromagnétique Un champ magnétique tournant entre en jeu, entraînant le rotor en rotation. Lorsque le champ magnétique tournant du stator traverse les barres conductrices du rotor, il induit un courant électrique dans ces barres (loi de Faraday). Ce courant induit, à son tour, crée son propre champ magnétique autour du rotor (loi d'Ampère). L'interaction entre le champ magnétique tournant du stator et celui du rotor génère un couple (force de torsion) qui force le rotor à suivre le champ tournant.

 

Dans les moteurs à induction, le rotor n'atteint jamais tout à fait la vitesse de synchronisme du champ magnétique du stator. Cette différence, appelée glisser, est nécessaire pour maintenir l'induction du courant dans le rotor. Si le rotor correspondait à la vitesse de synchronisme, il n'y aurait aucun mouvement relatif entre le rotor et le champ magnétique ; aucun courant ne serait donc induit et aucun couple ne serait produit. Au lieu de cela, le rotor tourne à une vitesse légèrement inférieure (généralement 2 à 5 % inférieure à la vitesse de synchronisme des moteurs standard), assurant une induction continue du courant et du couple.

 

En résumé, un moteur à courant alternatif fonctionne grâce à l'action coordonnée d'un champ magnétique rotatif (généré par les enroulements du stator alimentés en courant alternatif) et de l'induction électromagnétique (qui induit un courant dans le rotor, créant ainsi un champ magnétique interagissant avec celui du stator pour produire un couple). Ce procédé sophistiqué convertit efficacement l'énergie électrique en mouvement mécanique, rendant les moteurs à courant alternatif indispensables dans de nombreuses applications, des appareils électroménagers aux machines industrielles.