moteurs électriques à courant continu Les moteurs à courant continu sont des composants essentiels de nombreux équipements utilisés dans les applications industrielles. Ils se déclinent principalement en deux versions : les moteurs à courant continu à balais et les moteurs à courant continu sans balais (BLDC). Selon leur application, les entreprises optent pour l’un ou l’autre de ces moteurs. Comprendre la différence entre eux permet aux entreprises et aux techniciens de choisir le moteur le plus adapté.

Importance de comprendre la différence fondamentale entre les moteurs à balais et les moteurs BLDC

De même qu'on ne peut utiliser un moteur à courant alternatif là où le contrôle du régime et du couple est nécessaire, on ne peut utiliser un moteur à courant continu à balais là où un moteur à courant continu sans balais offre un rendement supérieur. Bien que fonctionnant en courant continu, ces deux types de moteurs présentent des différences essentielles qui les rendent adaptés à des applications distinctes.

Ces deux types de moteurs présentent des avantages et des inconvénients. En fonction de ces avantages et inconvénients, vous pourrez choisir le moteur le plus adapté après avoir analysé son utilisation. Ce sont les exigences de l'application qui vous permettront de déterminer si un moteur à courant continu à balais (BLDC) ou un moteur BLDC conviendra.

La principale différence, à l'origine de leur appellation, réside dans le type de collecteur. Les moteurs à courant continu à balais sont généralement équipés de balais en carbone, qui font office de collecteur. Dans les moteurs BLDC, le collecteur est électronique, contrairement aux moteurs à balais qui utilisent un collecteur mécanique.

Cet article vous permettra de découvrir les principales différences entre ces deux moteurs. Ces informations vous aideront à choisir le plus adapté pour un travail plus précis, fluide et efficace.

Moteurs à courant continu à balais

Toutes les machines mécaniques sont constituées d'une combinaison de différentes pièces mécaniques. C'est également le cas des moteurs à balais et des moteurs BLDC. Dans le cas des moteurs à balais, on peut noter que ces moteurs utilisent un enroulement de fils autour d'un noyau de fer pour créer un champ magnétique. Ces bobines tournent librement et entraînent l'arbre du moteur. L'ensemble est appelé “ rotor ”. Il existe aussi des moteurs à courant continu sans noyau. En l'absence de noyau, l'enroulement est autoportant, car le noyau servait auparavant à supporter les enroulements.

Le rotor est la partie rotative, tandis que la partie fixe est appelée stator. Le stator renferme des aimants permanents, ce qui maintient un champ magnétique statique permanent et assure le maintien du rotor à l'intérieur.

Le troisième composant principal est le collecteur. Le couple est généré par la rotation du rotor. Pour créer un champ magnétique dans le rotor, un courant électrique est nécessaire. Le collecteur est fixé entre des balais, eux-mêmes fixés autour de lui sur le stator. Le collecteur fonctionne comme un interrupteur et active ou désactive différents enroulements, ce qui assure la rotation constante du rotor.

La rotation d'un moteur à balais se produit lorsque le courant continu est appliqué : il crée un champ magnétique dans le rotor qui repousse le champ magnétique fixe du stator, entraînant ainsi la rotation de l'arbre. De plus, l'utilisation d'un pont en H permet de contrôler la vitesse, le couple, la tension appliquée et, surtout, le sens de rotation.

Moteurs CC sans balais

Bien que le fonctionnement des moteurs à courant continu sans balais (BLDC) soit identique à celui des moteurs à courant continu à balais (reposant sur le principe de répulsion et d'attraction du champ magnétique entre le rotor et le stator), leur construction diffère. C'est ce qui distingue les moteurs BLDC des moteurs à balais.

La conception du rotor et du stator est inversée par rapport aux moteurs à balais. Le rotor d'un moteur BLDC possède un aimant permanent et le stator est constitué de bobines, contrairement aux moteurs à balais. Par conséquent, le collecteur d'un moteur BLDC est électrique et non mécanique comme dans les moteurs à balais.

Une autre différence de construction réside dans le nombre de phases. Les phases correspondent aux enroulements du stator. Le nombre d'enroulements est égal au nombre de phases d'un moteur BLDC. Bien qu'il n'y ait pas de restriction quant au nombre de phases, on utilise généralement trois phases pour la conception des moteurs BLDC. Ces trois phases sont soit couplées en triangle, soit en étoile.

De plus, une autre différence réside dans le nombre de pôles magnétiques présents sur l'aimant du rotor d'un moteur BLDC. On compte généralement au minimum deux pôles, un pôle sud et un pôle nord, sur le rotor. Il peut y en avoir davantage si nécessaire. Le besoin et le fonctionnement de ces pôles seront abordés dans la section consacrée aux applications de chaque moteur.

Une autre différence très importante réside dans le déploiement d'une électronique complexe dans les moteurs BLDC par rapport aux moteurs à balais, comme le capteur à effet Hall et les 3 portes H pour chaque phase.

Principales différences entre les moteurs à balais et les moteurs BLDC

Vous avez jusqu'à présent appris pourquoi il est important de connaître la différence entre les moteurs à balais et les principes de base de leur construction. Vous allez maintenant découvrir les principales différences, en vous basant sur les avantages et les inconvénients de chaque type de moteur.

Différence de vitesse et d'accélération

Du fait de leur poids plus élevé, les moteurs à balais présentent une vitesse et une accélération moindres. La présence des balais et du collecteur mécanique contribue également à cette réduction de vitesse. C'est pourquoi les moteurs à balais appartiennent à la catégorie des moteurs à vitesse moyenne. Le collecteur est fixé mécaniquement aux balais.

Lorsque la vitesse est élevée, le contact entre les balais et le collecteur devient irrégulier, ce qui entraîne une diminution de la vitesse. Une autre raison de cette faible vitesse est l'utilisation d'un noyau en fer feuilleté au centre ; en raison de sa grande inertie, les vitesses sont également réduites.

En revanche, les moteurs BLDC sont dépourvus de collecteurs mécaniques ; par conséquent, ils ne présentent théoriquement aucune résistance, contrairement aux moteurs à balais. Cet avantage leur permet d'atteindre des vitesses très élevées et une grande précision de fonctionnement. Ainsi, les moteurs BLDC offrent des vitesses supérieures à celles des moteurs à balais, mais à un coût plus élevé.

Bruit électrique et acoustique

En raison de la présence de balais et de collecteurs mécaniques, les moteurs à balais produisent plus de bruit électrique que les moteurs BLDC. Bien que l'utilisation d'un condensateur puisse atténuer ce bruit, il ne peut être totalement éliminé (100%). En revanche, les moteurs BLDC sont dépourvus de tels composants, ce qui les rend très silencieux et adaptés aux applications sensibles au bruit.

Entretien

Vous avez désormais beaucoup appris sur les balais et le collecteur. Ce sont des composants mécaniques en frottement constant l'un contre l'autre. Ce frottement entraîne une usure continue des balais et du collecteur, nécessitant des remplacements fréquents. Par conséquent, les coûts de maintenance sont élevés et réguliers.

En revanche, les moteurs BLDC sont dépourvus de tout composant de ce type, ce qui en fait un type de moteurs sans entretien.

Ondulation de couple

Il s'agit d'un phénomène mécanique qui tire son nom des vibrations mécaniques dans les moteurs. Les moteurs à balais comportent davantage de composants mécaniques, ce qui entraîne une ondulation de couple plus importante et, par conséquent, des vibrations plus fréquentes à haute vitesse que les moteurs BLDC.

Durée de vie

La durée de vie des moteurs BLDC est supérieure à celle des moteurs à balais grâce à leur conception qui comporte moins de pièces mécaniques. En raison d'une usure mécanique importante, les moteurs à balais finissent par devenir inutilisables.

Coût

Enfin, le coût d'un moteur à balais est bien inférieur à celui d'un moteur BLDC, grâce à sa conception simple et éprouvée. Bien que certains composants soient absents des moteurs BLDC en raison de la présence d'une électronique complexe, ces derniers sont plus onéreux que ceux des moteurs à balais.

Facteurs à prendre en compte avant de choisir un moteur à courant continu

Vous avez donc désormais une bonne compréhension des deux types de moteurs à courant continu, avec et sans balais. Pour déterminer celui qui convient le mieux à votre application, vous devrez évaluer vos besoins.

Pour des applications simples, un moteur à courant continu à balais est idéal. Ces moteurs sont économiques et faciles à trouver. Selon le contrôle, la vitesse, le couple requis et le budget, vous pouvez opter pour un moteur à balais. Notez toutefois que leur durée de vie est inférieure à celle des moteurs BLDC.

En revanche, les moteurs BLDC sont privilégiés lorsqu'il est nécessaire d'avoir des performances et une vitesse élevées, ainsi qu'un contrôle accru de leur fonctionnement. De plus, pour une application sensible au bruit, un moteur BLDC est indispensable. La durée de vie des moteurs BLDC est bien supérieure à celle des moteurs à balais, ce qui garantit un investissement durable.

Résumé

Bien que le choix d'un moteur dépende de divers facteurs et que vous ayez pris connaissance des principales différences, les moteurs à balais restent pertinents malgré la baisse de disponibilité et de coût des moteurs BLDC. Il est essentiel de prendre en compte tous les facteurs relatifs aux moteurs à balais et aux moteurs BLDC avant de choisir celui qui convient le mieux à votre application.