Le moteur universel est un type de moteur électrique qui peut fonctionner aussi bien avec du courant continu qu'avec du courant alternatif monophasé, c'est pourquoi ils sont appelés universels.
Ces appareils électromécaniques sont utilisés dans diverses applications, des appareils électroménagers aux outils électriques. Leur polyvalence et leur efficacité en font un choix populaire dans de nombreux secteurs.
En général, ce sont des moteurs très simples et économiques qui offrent un excellent couple de démarrage et peuvent atteindre des vitesses de rotation très élevées.
Que sont les moteurs universels ?
Un moteur universel est un type de moteur électrique qui peut fonctionner au courant continu (DC) ou au courant alternatif (AC).
Contrairement aux autres moteurs, les moteurs universels sont conçus pour fonctionner avec tout type de courant électrique. Cela les rend adaptés à un large éventail d’applications, des appareils électroménagers aux outils industriels.
Pièces d'un moteur universel
- Rotor : Le rotor est la partie tournante du moteur et est également appelé induit. Il est composé d'un arbre et d'un ensemble de bobines ou d'enroulements de fils enroulés autour de l'arbre. Le rotor est la partie mobile du moteur qui tourne lorsque l’énergie électrique est appliquée.
- Stator : Le stator (ou inducteur) est la partie fixe du moteur et entoure le rotor. Il contient des aimants permanents ou des enroulements de fil qui génèrent un champ magnétique lorsque l'énergie électrique est appliquée. Ce champ magnétique interagit avec le champ magnétique du rotor, provoquant la rotation du rotor.
- Commutateur : Le collecteur est un commutateur rotatif monté sur le rotor qui inverse le sens du courant électrique dans les bobines du rotor lors de sa rotation. Cela garantit que le rotor est toujours orienté dans la bonne direction et continue de tourner.
- Balais : Les balais sont de petits morceaux de matériau conducteur, généralement du carbone, qui sont en contact avec le collecteur. Les balais permettent au courant de circuler de l'alimentation vers le rotor à travers le collecteur, générant ainsi le mouvement de rotation.
- Carter : Le carter sert à contenir les pièces qui composent le stator. L'aluminium ou l'acier sont normalement utilisés pour sa fabrication.
Comment fonctionne un moteur universel ?
Lorsqu'une alimentation électrique est appliquée, le courant circule à travers les balais jusqu'au collecteur puis vers les bobines du rotor. Lorsque le courant circule dans les bobines du rotor, un champ magnétique est créé autour d'elles en raison de l'interaction avec le champ magnétique constant généré par le stator.
En raison de la loi d'Ampère, qui stipule qu'un conducteur transportant un courant électrique subit une force lorsqu'il est immergé dans un champ magnétique, les bobines du rotor subissent une force qui les fait tourner.
Le collecteur inverse constamment le sens du courant dans les bobines du rotor pendant leur rotation, garantissant ainsi que le rotor continue de tourner dans le même sens. Il en résulte la rotation continue du rotor et donc le fonctionnement du moteur.
Le schéma du moteur universel est le suivant :
Caractéristiques principales
Les moteurs universels présentent plusieurs caractéristiques qui les distinguent dans diverses applications :
Grande vitesse
Les moteurs universels sont connus pour leur vitesse de rotation élevée, ce qui les rend adaptés aux applications nécessitant des vitesses rapides, telles que les outils électriques et les appareils électroménagers.
La vitesse est directement proportionnelle au courant, si le sens du courant est inversé, le sens de rotation est inversé.
Contrairement aux moteurs asynchrones, le rotor du moteur universel tourne à la même vitesse que le champ magnétique du stator.
Couple élevé
Ces moteurs peuvent également générer un couple de démarrage très élevé, ce qui les rend idéaux pour démarrer des charges lourdes, telles que celles trouvées dans les aspirateurs ou les perceuses.
Efficacité variable
L'efficacité d'un moteur universel peut varier en fonction de la charge et de la vitesse. Sous des charges légères, ils peuvent être assez efficaces, mais leur efficacité peut diminuer sous des charges lourdes.
Ce type de moteur n’est pas conçu pour être utilisé pendant de longues périodes.
Compatibilité courant alternatif (AC) et courant continu (DC)
La capacité de fonctionner avec les deux types de courant électrique les rend polyvalents et adaptés à une variété d’applications et d’environnements.
En courant alternatif, il se comporte de manière similaire à un moteur série à courant continu et la puissance est inférieure à celle en courant continu.
Simplicité
Le circuit électrique est très simple, il n’a qu’un seul chemin pour le passage du courant, car le circuit est connecté en série.
Types de moteurs universels
Bien que tous les moteurs universels partagent des caractéristiques fondamentales, il en existe différents types en fonction de leur conception et de leurs applications spécifiques.
Certains des types les plus courants comprennent :
Série de moteurs universels
Ces moteurs ont une conception en série dans laquelle le rotor et le stator sont connectés en série. Ils conviennent aux applications nécessitant un couple élevé et des vitesses variables, telles que les outils électriques.
Moteurs universels composés
Les moteurs composés combinent des éléments de moteurs en série et de moteurs shunt. Ils ont un bon équilibre entre vitesse et couple et sont utilisés dans des applications telles que les ventilateurs et les machines à coudre.
Moteurs shunt universels
Ces moteurs ont le rotor et le stator connectés en parallèle (shunt). Ils sont idéaux pour les applications nécessitant des vitesses constantes, telles que les ventilateurs de plafond et les mélangeurs.
Moteurs à collecteur électronique universels
Certains moteurs universels modernes utilisent des commutateurs électroniques plutôt que mécaniques pour inverser le sens du courant. Cela améliore l’efficacité et réduit l’usure des pièces mécaniques.
Exemples d'applications de moteurs universels
L'utilisation de ces moteurs à courant alternatif est très répandue en raison du couple de démarrage plus élevé par rapport à celui des moteurs à induction et de leur vitesse de rotation élevée, ce qui permet de réduire leur encombrement et leur prix.
Le moteur universel est sans aucun doute le moteur électrique le plus utilisé dans l’industrie de l’électroménager et de l’outillage portatif. Il est également utilisé dans d'autres applications où une vitesse de rotation élevée est requise avec de faibles charges ou de faibles forces de résistance.
exemples quotidiens
-
Appareils électroménagers : Utilisés dans les aspirateurs, les mixeurs, les sèche-cheveux et les ventilateurs de plafond en raison de leur capacité à offrir des vitesses variables et un couple élevé.
-
Outils électriques : les perceuses, les scies circulaires et les meuleuses d'angle sont des exemples d'outils qui intègrent souvent des moteurs universels en raison de leur capacité à gérer des charges variables.
-
Appareils de cuisine : les batteurs à main et les mixeurs utilisent des moteurs universels pour mélanger et broyer facilement les aliments.
-
Ventilateurs de plafond : Les moteurs de dérivation universels sont idéaux pour ces appareils car ils peuvent maintenir une vitesse constante.
-
Machines à coudre : Les machines à coudre électriques utilisent souvent des moteurs universels en raison de leur capacité à fournir une vitesse et un contrôle précis.
-
Outils portables : Certains outils portables comme les scies sabres et les ponceuses utilisent également des moteurs universels.