Un moteur à courant continu ou, simplement moteur continu ou moteur à courant continu, est une machine électrique tournante qui transforme l'énergie électrique sous forme de courant continu en énergie mécanique par le biais d'interactions électromagnétiques.
Pratiquement tous les moteurs électriques sont réversibles, c'est-à-dire qu'ils peuvent transformer l'énergie mécanique en énergie électrique en fonctionnant comme des dynamos. Les moteurs à courant continu fondent leur fonctionnement sur la loi de Lorentz, également appelée loi de Laplace lorsqu'elle est appliquée à un conducteur, comme c'est le cas pour les moteurs.
Moteurs à courant continu
Les moteurs à courant continu sont classés selon leur mode de raccordement, en :
- Moteur série. La constitution électrique du moteur série comprend tous les éléments du circuit en série, les enroulements d'induit et les inducteurs. Le moteur série se caractérise par un couple élevé au démarrage et sa vitesse très variable en fonction de la charge, ce qui en fait un moteur instable.
- Moteur composé. Un moteur compound (ou moteur à excitation compound) est un moteur électrique à courant continu dont l'excitation est provoquée par deux enroulements inducteurs indépendants ; l'un disposé en série avec l'enroulement d'induit et l'autre connecté en shunt avec le circuit formé par les enroulements : induit, inductance série et inductance auxiliaire.
- Moteur shunté. Dans ce type de moteur électrique, l'inducteur principal est connecté en shunt ou en parallèle avec le circuit formé par l'induit et les enroulements inducteurs auxiliaires.
Moteur électrique sans balais. Ce type de moteur à courant continu ne nécessite pas de contacts électriques glissants (balais) sur l'arbre du rotor pour fonctionner. La commutation du courant qui circule dans les enroulements du stator et, par conséquent, la variation de l'orientation du champ magnétique généré par ceux-ci, se produit électroniquement.
En plus de ce qui précède, il existe d'autres types utilisés en électronique:
- Moteur pas à pas
- Servomoteur
- moteur sans noyau
A quoi servent les moteurs électriques à courant continu ?
Les moteurs électriques à courant continu conviennent particulièrement à certaines applications. Chaque jour, ils sont davantage employés dans le domaine industriel.
Ces types de moteurs offrent une large plage de vitesse, sont très faciles à contrôler et ont une grande flexibilité dans les courbes couple-vitesse. Ils offrent également des performances élevées sur une large plage de vitesse. Les moteurs à courant continu ont une capacité de surcharge élevée. Cette capacité les rend plus adaptés que les moteurs à courant alternatif pour de nombreuses applications.
Ces moteurs sont idéaux pour tracter des machines nécessitant une large plage de vitesses avec précision. Cette caractéristique a fait que ces derniers temps, ces moteurs sont plus présents dans divers processus industriels.
Les moteurs à courant continu sont utilisés dans les platines, les lecteurs de CD et les lecteurs de stockage magnétiques. Ces types de mécanismes utilisent des moteurs brushless à aimants fixes. Ces moteurs offrent un contrôle efficace de la vitesse et un couple de démarrage élevé.
Dans le domaine des jouets, les moteurs électriques à courant continu sont également souvent sélectionnés.
Un autre avantage non négligeable est la facilité d'inversion de rotation des gros moteurs à fortes charges, alors qu'ils sont capables d'agir de manière réversible, en restituant de l'énergie à la ligne pendant les temps de freinage et de réduction de vitesse.
Dans l'aspect physique, ils sont généralement très petits avec peu de contamination dans l'environnement.
Histoire des moteurs électriques à courant continu
Au début du 19ème siècle, la cellule galvanique a été découverte. Avec cette invention commença tout un processus de recherche sur l'électricité qui finira par donner naissance à des inventions telles que la batterie électrique ou le moteur à courant continu.
Afin de créer n'importe quel type de moteur à courant continu, certains composants électriques étaient nécessaires. Ces éléments électriques ont été développés par William Sturgeon. Sturgeon a créé le premier électro-aimant qui pouvait se déplacer plus qu'il ne pesait. Cette invention s'est avérée être l'une des pièces indispensables du stator du moteur. Plus tard est venu le commutateur. Le commutateur était très important dans le premier moteur électrique, car c'était l'élément qui tournait périodiquement en inversant le sens du courant, rendant possible la continuité du mouvement dans le moteur.
Grâce à l'invention de ces deux appareils, Sturgeon a pu inventer le premier moteur à courant continu archaïque. Sturgeon utilisa une paire de brosses conductrices et souples et profitant de ses précédentes inventions en 1832 il assembla la première machine capable de convertir l'énergie électrique en énergie mécanique.
En 1837, Thomas Devenport a reçu son brevet pour le moteur à courant continu (US Patent No. 132). La différence de ce moteur électrique est qu'il n'utilise plus de collecteur pour maintenir la continuité du cycle. Dans cette nouvelle invention, il a utilisé les balais et divisé le collecteur, réussissant à inverser la polarité du circuit. Avec ces changements, le moteur était beaucoup plus efficace.
En 1860, Antonio Pacinotti fabriqua une dynamo avec un collecteur en plusieurs parties. Cette dynamo a permis le développement de générateurs plus fiables et plus puissants. Pacinotti a insisté sur la réversibilité de sa dynamo pour fonctionner comme un moteur. Malgré les améliorations, les moteurs étaient encore assez basiques et ne convenaient pas à un usage industriel.
En 1872, Friedrich von Hefner-Alteneck a créé le premier rotor de tambour moderne. Avec ce rotor, il a laissé derrière lui les rotors archaïques en forme de T qui surchauffaient et avaient de mauvaises performances. En 1873, Zénobe Gramme, un inventeur belge, découvre que l'application de courant à son générateur à plusieurs électroaimants crée un moteur. Le fait d'utiliser de nombreux électroaimants a fait de Gramme le créateur du premier moteur suffisamment efficace pour être utilisé industriellement. À partir de ce moment, les innovations dans le moteur à courant continu étaient de petites modifications pour améliorer légèrement les performances.
Le moteur à courant continu était un moteur largement utilisé dans l'industrie, mais avec l'apparition des moteurs à courant alternatif (synchrone et, plus récemment, asynchrone) ils ont cessé d'être utilisés. Même ainsi, ce sont toujours des machines utiles dans de nombreuses applications, dans les applications de précision, car vous pouvez avoir un contrôle de vitesse très précis (contrairement aux moteurs asynchrones, par exemple, qui ne tournent pas solidairement avec le champ inducteur), étant ainsi très utiles pour machines-outils programmables ou bras robotiques.
Ils sont également les plus utilisés pour les systèmes nécessitant beaucoup de puissance et ne risquant pas de devenir incontrôlables, tels que les tramways, les trains ou les métros. Mais le domaine où ils sont le plus utilisés est l'électronique basse tension et l'électricité, où ils sont les seuls moteurs pouvant être utilisés dans des machines qui en ont besoin et fonctionnant en courant continu, comme les robots, les ordinateurs, les disques durs, bien que des variantes telles que des moteurs sont également utilisés.moteur pas à pas ou servomoteur.