Par Kim Lewis Mis à jour le 24 mars 2022
Les moteurs électriques et les générateurs partagent une base commune :une boucle conductrice de courant tournante, ou induit, située dans un champ magnétique. Le noyau de fer de l'armature intensifie le champ interne, tandis que le courant alternatif circulant dans la boucle inverse sa direction, maintenant l'armature en mouvement perpétuel. Lorsque la boucle se déplace, un flux magnétique changeant induit une force électromotrice (FEM), la tension qui alimente l'appareil.
EMF, abréviation de force électromotrice, n'est pas une force mécanique mais la différence de potentiel qui transforme une forme d'énergie en une autre. Les batteries, par exemple, convertissent l’énergie chimique en énergie électrique, fournissant ainsi une source de CEM. L'ampleur de la force électromagnétique induite suit la loi d'induction de Faraday :plus le champ magnétique change rapidement, plus la tension produite est élevée.
Les générateurs CA, souvent appelés alternateurs, convertissent l'énergie mécanique en énergie électrique alternative. Le mouvement de rotation, généralement fourni par les turbines à vapeur (charbon, pétrole ou gaz naturel), la fission nucléaire ou les turbines hydroélectriques (par exemple à Niagara Falls), fait tourner l'induit. La FEM résultante est une onde sinusoïdale dont la fréquence et l'amplitude dépendent de la vitesse de rotation et de la force du champ magnétique.
Les moteurs à courant alternatif effectuent l’inverse :ils utilisent un courant électrique alternatif pour générer une rotation mécanique. La plupart des moteurs à courant alternatif industriels reposent sur l'induction, où le champ magnétique du stator induit des courants dans le rotor, créant un couple qui fait tourner l'arbre. La même tension qui alimente les bobines entraîne le champ magnétique, ce qui rend les moteurs à courant alternatif efficaces et robustes pour les applications à grande échelle.
Les versions DC ajoutent un collecteur (un anneau fendu connecté aux balais) qui inverse la direction du courant au moment approprié. Cela garantit une rotation continue, que l'appareil consomme de l'énergie (moteur) ou fournisse de l'énergie (générateur). L'armature peut être entraînée par un aimant permanent ou un électro-aimant, et la force électromagnétique générée est un courant continu.
Fondamentalement, chaque moteur est un générateur déguisé :l'induit rotatif produit des champs électromagnétiques même lorsqu'il consomme de l'énergie électrique. Dans un moteur, cette force contre-électromotrice s'oppose à la tension appliquée, limitant le flux de courant à mesure que la vitesse augmente. Même si la force électromagnétique inverse réduit la consommation d'énergie sous charge, elle représente également une inefficacité inhérente qui doit être gérée dans les systèmes hautes performances.