Le moteur à cage d'écureuil est un moteur électrique à induction, dont la partie tournante ou rotor est constitué par un ensemble de barres conductrices parallèles à la direction axiale et disposées selon une forme cylindrique autour de l'axe..
Cette forme rappelle une cage comme celles utilisées pour attraper les écureuils dans le vieil ouest nord-américain, d'où son nom. Ils sont également les plus économiques, les plus durables et les moins d'entretien, car ils manquent de charbons, de balais ou de collecteurs dans le rotor, qui n'ont pas besoin d'être connectés électriquement à une source de courant externe..
Les premiers moteurs à champ rotatif ont été conçus indépendamment entre 1885 et 1886 par deux grands génies électriques: Galileo Ferraris et Nikola Tesla. Ces moteurs étaient les prédécesseurs des moteurs à cage d'écureuil d'aujourd'hui..
Le moteur à cage d'écureuil est à courant alternatif, qui peut être triphasé, biphasé ou monophasé. Selon le type d'alimentation, la conception peut varier un peu, mais le principe de fonctionnement est toujours le même..
Le principe de fonctionnement est basé sur la génération d'un champ magnétique tournant au centre du moteur, par un enroulement statique sur sa périphérie, qui est alimenté en courant alternatif..
Ledit champ magnétique tournant induit des courants dans les barres qui composent la cage du rotor, et ces courants produisent à leur tour un champ magnétique secondaire qui interagit avec le champ primaire, produisant un couple ou un moment sur le rotor..
La clé du fonctionnement réside dans la production d'un champ magnétique rotatif perpendiculaire à l'axe de rotation. Ce champ tournant exerce une force magnétique de torsion sur les barres longitudinales de la cage lors de la circulation du courant..
Pour générer le courant dans les barres conductrices parallèles à l'axe de rotation de la cage, une source de courant externe n'est pas nécessaire, car le champ tournant lui-même, par induction magnétique, est capable d'induire un courant sur les barres de la cage..
Cela tant qu'il y a une différence entre la vitesse de rotation du champ magnétique et la vitesse de rotation du rotor..
Les moteurs à cage d'écureuil peuvent être triphasés ou monophasés. Dans le cas du moteur triphasé, c'est-à-dire celui qui fonctionne en courant alternatif triphasé, chaque phase est en avance sur la précédente de 120 °, soit un tiers de période..
Dans chaque moteur électrique, il y a deux parties:
Dans le stator, il y a un paquet de feuilles rainurées et émaillées (pour éviter les courants de Foucault ou les courants de Foucault) et une perméabilité magnétique élevée.
Les câbles recouverts de vernis isolant passent à travers le rainurage, formant au moins trois enroulements ou bobines, déphasés de 120º. Les trois bobines sont alimentées en courant alternatif triphasé et chaque phase est également avancée de 120 ° par rapport à la précédente..
A chaque instant la superposition des champs magnétiques donne un champ résultant perpendiculaire à l'axe de rotation du moteur. Au fil du temps, le champ magnétique combiné des trois bobines maintient son amplitude, mais sa direction toujours perpendiculaire à l'axe de rotation, tourne avec une fréquence égale à celle du courant alternatif, généralement entre 50 et 60 Hz..
Se compose de deux anneaux conducteurs reliés par huit barres conductrices longitudinales ou plus, parallèles à l'axe de rotation.
Pour comprendre comment le champ tournant produit du couple sur la cage, on peut imaginer une cage minimale, constituée de deux barres longitudinales diamétralement opposées..
Lorsque cette cage est à l'origine au repos et grâce à la force électromotrice, le champ rotatif qui la traverse induit un mouvement de charge dans chaque barre. Cependant, comme les barres sont court-circuitées à leurs extrémités par une bague conductrice, un flux de courant s'établit entre les barres opposées..
D'autre part, comme les barres ont un mouvement par rapport au champ du stator, une force d'origine magnétique apparaît sur elles, connue sous le nom de force de Lorentz, qui est perpendiculaire au champ radial du stator et à la direction du courant dans chaque bar..
Pour qu'il y ait courant et couple sur les barres, il est nécessaire qu'elles aient un mouvement relatif par rapport au champ magnétique radial produit dans le stator..
Par conséquent, la vitesse de rotation de la cage est toujours inférieure à celle du champ magnétique. En raison de ce manque de synchronisation entre le rotor et le champ, il s'agit d'un moteur asynchrone.
Par conséquent, une paire de forces opposées est produite dans chaque barre, ce qui produit un couple sur la cage simplifiée, et de la même manière avec des cages à plus de deux barres..
Une amélioration consiste à placer la cage noyée dans un ensemble de disques laminés et émaillés, en matériau à haute perméabilité magnétique, comme le fer..
Le but est de multiplier l'intensité des champs magnétiques produits à la fois par le stator et le rotor lui-même. C'est grâce à l'interaction entre ces deux champs que le couple est produit sur le rotor..
L'expérience a montré que si les tiges de la cage sont inclinées par rapport à l'axe de rotation, le moteur tourne plus doucement avec moins de vibrations.
À une charge plus élevée sur le rotor, la vitesse de glissement du rotor par rapport à la vitesse de rotation du champ magnétique du stator augmente également. Par conséquent, les courants maximaux et les couples maximaux sont produits lorsque le rotor est bloqué, c'est pourquoi le moteur surchargé peut subir une surchauffe et donc endommager les vernis et émaux isolants des bobines et des plaques qui composent les noyaux du stator. et rotor.
Les moteurs triphasés à cage d'écureuil sont préférés pour les applications industrielles. Ils sont moins recommandés pour les usages domestiques dans lesquels le moteur asynchrone monophasé est préféré, car le courant triphasé n'atteint généralement pas les résidences..
Les moteurs à cage d'écureuil sont préférés pour les pompes centrifuges.
Ils sont également idéaux dans les grands tours et moulins, ainsi que dans les industries où des bandes transporteuses et des ventilateurs sont nécessaires..
Ces types de moteurs conviennent à l'industrie lourde des matrices et du cisaillement de la tôle.
Les moteurs à cage d'écureuil présentent de nombreux avantages par rapport aux autres types de moteurs électriques:
Parmi les principaux inconvénients, on peut citer:
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