Moteur à bague de démarrage

Moteur à cage d'écureuil pour enchainement de diapositives d'un projecteur.

Un moteur à bague de démarrage (ou moteur à spire de Frager) est un type de moteur asynchrone monophasé. Il est très utilisé pour répondre aux besoins simples ne nécessitant pas un fort couple moteur et demandant à être peu bruyants. En raison de leurs très faibles rendements, ces moteurs ne sont que rarement dimensionnés au-delà d'une centaine de watts.

Détails techniques

À l'instar des autres moteurs asynchrones, la partie tournante est un rotor en « cage d'écureuil ». Tout moteur monophasé avec une seule bobine nécessite un démarrage mécanique dans un sens ou un autre[1]. Ou bien il peut y avoir intégré la production d'un champ magnétique auxiliaire pour démarrer. Dans les moteurs à bague(s) de démarrage, au moins un pôle est muni d'au moins une bague de cuivre, dite « spire de Frager »— à l'écart du plan de symétrie où il y a le bobinage principal —. Cette partie du pôle est le siège des courants induits qui déphasent (retardent) le flux magnétique suffisamment pour fournir un champ tournant ellipsoïdal[2]. Cela produit seulement un faible couple de démarrage comparé aux autres moteurs monophasés.

La position de ces bagues détermine le sens de rotation du rotor. La direction de rotation va de la partie à spire la plus éloignée du bobinage unique vers le bobinage. Pour inverser le sens de rotation, on ne peut, si la configuration le permet, que retourner le rotor.

Ces moteurs ne possèdent qu'un seul bobinage, dans le stator, mais n'exigent aucun condensateur de déphasage couplé au bobinage de phase auxiliaire de démarrage manuel dans ce stator peu puissant[1], ce qui les rend économiques et fiables.

Parce que leur couple de démarrage est faible, ils conviennent mieux pour actionner des ventilateurs ou toutes autres charges aisées à démarrer[3]. Ils sont compatibles dans une plage de vitesse limitée avec des variateurs de vitesse à triacs qui sont souvent utilisés avec des ventilateurs.

Construction

Le moteur à bague de démarrage est formé d'un rotor à cage d'écureuil, d'une bobine et d'un stator ferromagnétique. La construction la plus commune est le stator en « C » visible sur la photo. Les tôles feuilletées laminées de fer doux sont découpées à la presse puis assemblées avec des goujons rivetés.

Caractéristique magnétique

Stator en « C » et deux spires de Frager par pôle, (bobine en bas à gauche).

L'amplitude et l'orientation du champ tournant d'un moteur à bague de démarrage décrit une ellipse dans l'entrefer. Ce champ elliptique peut se décomposer en un champ tournant dans le sens positif (rotation du rotor) et un champ tournant dans le sens négatif (opposé à la rotation du rotor), d'amplitude plus faible. La partie tournant dans le sens positif génère un couple moteur alors que la partie négative génère un couple de freinage. Au démarrage, les amplitudes des deux couples sont proches, ce qui explique le faible couple moteur disponible. Lorsque le moteur accélère jusqu'à son point de fonctionnement, la partie motrice augmente alors que l'autre diminue.

Afin d'améliorer la caractéristique couple/vitesse de rotation, plusieurs spires de Frager, recouvrant différentes surfaces de chaque pôle, peuvent être utilisées. Cela a pour effet d'augmenter l'amplitude du champ moteur et de réduire l'amplitude du champ frein. En général, on trouve deux ou trois spires par pôle. Le champ reste malgré tout elliptique, ce qui explique le faible rendement.

La caractéristique couple/vitesse de rotation est proche de celle d'un moteur asynchrone. Elle a la particularité de présenter un minimum pour un glissement d'environ 60 %. Ce minimum est dû à l'harmonique spatiale d'ordre 3 du champ magnétique de l'entrefer qui génère un couple de frein à partir d'un glissement de 67 %. Une augmentation du couple de friction, par exemple à cause du vieillissement des roulements à billes, peut empêcher le moteur d'atteindre son point nominal de fonctionnement. Le glissement se stabilise alors vers 60 % et peut, en raison du fort courant de phase à ce point de fonctionnement, endommager le moteur mal refroidi endommageant le bobinage.

Notes et références

  1. « Le Moteur Asynchrone Monophasé à spire de Frager ou Condensateur », sur www.tecnipass.com (consulté le )
  2. ↑ Bernard Multon, Hamid Ben Ahmed, Nicolas Bernard, Pierre-Emmanuel Cavarec, « Les moteurs électriques pour applications de grande série, chap. 2- Les moteurs asynchrones, 2.1- Structures, 2.1.1- Structures à bagues de déphasage » [PDF], sur geea.org, (consulté le ).
  3. ↑ Le couple résistant d'un ventilateur est sensiblement proportionnel à la résistance de l'air, c'est-à-dire au carré de sa vitesse de rotation ; il est donc très faible à basse vitesse et ne représente pratiquement que les frottements mécaniques de son axe.

Annexes

Articles connexes

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