Bobinages de moteur :quelles sont les différences ?

Les enroulements de moteur peuvent prendre de nombreuses formes ou formes. Cependant, les enroulements distribués triphasés sont les plus couramment utilisés dans les moteurs à courant alternatif pour les applications industrielles, qui feront l'objet de cet article. La discussion qui suit s'applique également à l'utilisation de ce type de bobinage dans les moteurs à induction ou dans les moteurs synchrones à aimants permanents.

L'objectif de l'enroulement distribué est de produire une distribution sinusoïdale de la force magnétomotrice (MMF) dans l'entrefer du moteur. Ce MMF est produit lorsqu'un ensemble équilibré de courants alternatifs triphasés circule dans les enroulements de phase. C'est le MMF, combiné à la conception du circuit magnétique du moteur, qui donne lieu à une onde progressive de flux dans l'entrefer pour produire le couple moteur requis.

Les enroulements sont constitués de plusieurs bobines enroulées à partir de cuivre isolé ou, dans certains cas, de fil d'aluminium. Plusieurs brins de fil peuvent être connectés en parallèle pour former un seul conducteur qui est ensuite enroulé en une bobine qui aura plusieurs spires. Le nombre de tours dépendra des exigences de conception spécifiques.

Un enroulement distribué se compose de plusieurs bobines insérées dans les fentes du stator du moteur, comme indiqué ci-dessous. Le nombre de bobines dépendra du nombre d'encoches du stator, du nombre de phases (dans notre cas 3) et du nombre de pôles du moteur, p.

Chaque bobine s'étendra sur plusieurs emplacements. Un enroulement à pas complet aura des bobines dont la portée moyenne correspond à un nombre d'encoches égal au pas polaire ou 360°/p alors qu'un enroulement à pas court enjambera moins d'encoches. La figure ci-dessous montre un enroulement à pas complet pour un moteur à 4 pôles typique.

Un stator de moteur à 4 pôles avec un enroulement distribué triphasé

Une partie de l'enroulement sera dans la fente où il contribue à la production de couple moteur. Le reste sera dans les enroulements d'extrémité qui ne contribuent pas à la production de couple moteur. Une conception soignée est donc nécessaire pour éviter un gaspillage inutile de cuivre coûteux. De plus, de bonnes performances thermiques entraînent la nécessité d'un remplissage élevé des fentes et d'une gestion thermique des enroulements d'extrémité. Ces facteurs sont souvent limités par des considérations de processus de fabrication. Un enroulement distribué idéal aura un nombre infini de bobines placées dans un nombre infini de fentes de sorte que la distribution spatiale MMF soit une sinusoïde parfaite. Ce n'est clairement pas possible en pratique, il faut donc trouver le meilleur compromis pour atteindre les performances requises.

Les bobines de phases différentes doivent être isolées les unes des autres et du noyau du stator afin d'éviter les courts-circuits et les pannes. L'isolation constitue des barrières thermiques supplémentaires qui vont limiter la capacité de transfert de chaleur de l'intérieur de la machine vers l'extérieur. Des vides d'air seront présents entre les fils de bobinage et entre l'isolant, le bobinage et le noyau du stator. Ces vides sont remplis d'une résine à l'aide d'un processus d'imprégnation qui améliore le transfert de chaleur et améliore encore l'isolation des enroulements.

Les applications des moteurs électriques sont nombreuses et variées. Différentes applications imposent des exigences différentes sur la conception du moteur. Plusieurs de ces exigences seront affectées par la conception de l'enroulement et peuvent inclure :

• Minimisation des pertes harmoniques pour une meilleure efficacité
• Réduire les pulsations de couple
• Réduire le bruit acoustique et les vibrations

Plusieurs schémas de bobinage sont possibles pour atteindre les mêmes performances électriques. Le choix de ces dispositions sera déterminé par des contraintes de fabrication qui sont fortement influencées par le niveau d'automatisation utilisé pour réaliser le bobinage.

Le tableau ci-dessous donne certaines des configurations d'enroulement les plus courantes ainsi que les principaux critères de sélection.

Il est clair que des compromis importants doivent être faits entre les exigences techniques, la complexité des processus, le niveau d'automatisation et le coût. Cela signifie que les concepteurs de moteurs doivent travailler en étroite collaboration avec l'ingénierie de fabrication pour définir la meilleure solution globale.