Application : les moteurs électriques - Cours de Physique Chimie avec Maxicours

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Application : les moteurs électriques

Objectif : Lorsqu’un conducteur parcouru par un courant se trouve au voisinage d’un aimant ou d’un électroaimant, celui-ci subit une force qui le met en mouvement. Les moteurs électriques fonctionnent en utilisant cette propriété.

De quoi est composé un moteur électrique ? Comment fonctionne-t-il ?
1. Schéma en coupe d’un moteur électrique


Le moteur électrique est constitué principalement :
• d’une partie fixe constituée d’un aimant, le stator ;
• d’une partie mobile, constituée de plusieurs fils actifs, le rotor ;
• d’un collecteur, qui permet au courant de circuler, par l’intermédiaire de balais.

Les fils du collecteur sont connectés à la sortie du moteur.

Le champ magnétique crée par l’aimant est perpendiculaire en tout point au courant qui circule dans chacun des fils actifs.

Les bobinages sont perpendiculaires au plan de la figure.

2. Principe de fonctionnement du moteur
a. Force de Laplace

Lorsqu’un courant continu circule dans un fil, il se créé une force appelée force de Laplace. Cette force n’existe que lorsque le fil est plongé dans un champ magnétique.
La valeur de cette force est proportionnelle à l’intensité du courant I, à la valeur du champ magnétique B et à la longueur L du conducteur qui subit la force.

Nous avons vu que : F = I.L.B lorsque le champ magnétique et le courant sont perpendiculaires.

La direction et le sens de cette force dépendent de la direction et du sens du champ magnétique et du courant.
Ils sont déterminés par la règle des trois doigts.

Deux points du fil diamétralement opposés subissent deux forces de même direction et de même valeur.
Pour que leur sens soit opposé, il faut que le sens du courant change lorsque le fil a fait un demi-tour autour de l’axe.

b. Mouvement du rotor

Dans le moteur à courant continu, le rotor est constitué de plusieurs fils actifs. Chaque partie du fil est soumise à une force de Laplace qui entraîne le fil dans un mouvement de rotation.
Le passage du courant dans les spires est assuré par les balais, par contact avec les fils.
La circulation, une fois dans un sens, une fois dans l’autre, du courant électrique, est assurée par le système « collecteur - balais ».
L’énergie électrique a été transformée en énergie mécanique cinétique.

c. Utilisation du moteur

L’axe du moteur est généralement relié à un système qui utilise cette énergie mécanique.
Par exemple, on peut enrouler un fil relié à une petite masse sur l’axe.
Avec la rotation du moteur, la petite masse est entraînée : son énergie potentielle varie.
L’énergie mécanique cinétique a été transformée en énergie mécanique potentielle.

L’essentiel
Le moteur électrique est constitué d’un aimant, le stator, et de fils actifs, le rotor, qui sont mobiles à l’intérieur de l’entrefer de cet aimant.
De l’énergie électrique est transformée en énergie mécanique.

 

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