Electricité
Variateur de vitesse
Moteur universel
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On peut facilement ajouter un variateur de vitesse à un moteur universel.
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Variateur de vitesse pour moteur universel

Le moteur universel est utilisé pour les petites puissances et n'a pas besoin de triphasé. Il est donc utilisé pour de nombreuses applications domestiques (foreuses, scies sauteuses, etc). Il est relativement facile d'ajouter un variateur de vitesse à un tel moteur (c'est plus aisé que pour un moteur asynchrone qui nécessite un variateur qui joue à la fois sur la vitesse et la fréquence).

Dans le cas d'un moteur universel, la vitesse de rotation est déterminée par la tension à l'induit (rotor) et le couple par la tension à l'inducteur (stator). Les moteurs universels sont souvent bobinés en série et il n'est pas possible de jouer sur la vitesse sans modifier le couple.

Le circuit avec triac permet d'alimenter le moteur pendant une partie plus ou moins grande de la période. Quand on diminue la durée pendant laquelle le triac est en conduction, on réduit donc la tension moyenne qui est appliquée au moteur.

C1 et C2 sont des filtres pour réduire les parasites causés par les balais. La self-induction L1 empèche que les parasites ne passent à la partie électronique. R2 et P1 déterminent la vitesse à laquelle le condensateur C3 se charge. La charge est transmise à C4. Quand sa tension dépanne une certaine valeur (en moyenne 28V) le diac T2 entre brusquement en conduction et le condensateur C4 se décharge dans le triac T1, le mettant en conduction. Le triac reste en conduction jusqu'à ce que le courant passe sous une certaine valeur.

Ce circuit a une légère stabilisation de la vitesse: la rotation du moteur produit une force contre-électromotrice (fem) de polarité inverse (effet dynamo). La tension du réseau est diminuée de la fem (qui dépend de la vitesse de rotation du moteur), ce qui fait que le triac entre en conduction plus tard quand le moteur tourne plus vite.

Ce circuit est fort utilisé comme variateur de vitesse pour les petites puissances (éventuellement avec un autre placement des unités de filtrage). Un inconvénient est que le couple diminue avec la tension d'alimentation. Cet inconvénient est mineur pour les petites puissances (il est en partie compensé par le couple naturel du moteur qui est plus grand aux basses vitesses de rotation, mais pour des puissances un peu plus élevées on préfère utiliser une commande à courant continu.

Le second circuit tient encore mieux compte de la vitesse de rotation du moteur (le thyristor entre en conduction quand la tension est plus élevée que la fem du moteur), mais comme on utilise un thyristor, la puissance disponible est de moitié de la puissance nominale. Un commutateur permet de cours-circuiter le thyristor quand la puissance maximale est requise. Le variateur de vitesse permet une vitesse de 0 à 50%, mais pas plus.

On peut redresser le courant alternatif et le système fonctionnera pour une puissance de 0 à 100% (mais avec un risque que le thyristor ne soit pas éteint à la fin de la période de conduction). On préfère alors utiliser un système un peu plus complexe, mais qui a plus d'avantages.

Une fois qu'on passe au continu, il est possible d'avoir une excitation séparée de la tension appliquée au rotor (ce qui en pratique n'est pas possible avec un moteur alimenté en alternatif à cause du déphasage différent dans l'induit et l'inducteur). De plus, le courant continu permet d'obtenir un rendement du moteur un peu plus élevé (pertes au fer moindres dans le stator). Ce circuit est donc utilisé pour les puissances plus élevées que 1.5kW environ.

Le courant alternatif est redressé (il est important d'avoir du monophasé, autrement la tension ne passe pas par zéro et le thyristor n'est jamais déclenché). L'excitation est branchée directement sur la tension de secteur redressée (il faut avoir un moteur conçu pour une excitation shunt) tandis que le thyristor ne controle que la tension appliquée à l'induit.

La diode D3 est une diode de roue libre pour absorber le courant dans l'induit quand le thyristor sort de conduction. La diode D1 et la résistance R1 (de faible valeur) servent à décharger rapidement le condensateur C quand la tension d'alimentation tombe à zéro. Le potentiomètre de vitesse doit être branché au négatif de l'induit (et non au positif de l'alimentation) pour bénéficier de la stabilisation de la vitesse grâce à la fem du moteur.

Le moteur utilisé doit être conçu pour ce type de fonctionnement, avec notament un courant inducteur nominal et un courant dans l'induit nul: le résultat est un moteur qui ne tourne pas mais dont le stator chauffe par pertes ohmiques. Il faut souvent prévoir un ventilateur indépendant. Le stator est généralement bobiné en fil fin avec beaucoup de spires pour avoir un champ important avec un faible courant.

Le premier schéma est le plus courant. De par sa simplicité il est utilisé dans presque toutes les applications (aspirateurs, foreuses, etc). Le second schéma n'est pas tellement utilisé. Le troisième est utilisé dans les applications où un controle de la vitesse est nécessaire, tout en maintenant un couple élevé.

Variateur de vitesse pour moteur à courant continu

Les moteurs des foreuses sur accu sont également des moteurs universels. On n'utilise pas de thyristors ni de triac, puisque le courant est continu est il n'y a donc pas d'interruption du courant. Une fois que le thyristor est en conduction, il reste en conduction.

On utilise plutôt un hacheur haute fréquence (composé d'un transistor mosfet) qui est mis en conduction pendant un certain temps. La self-induction des bobinages en fait une moyenne (ne pas oublier la diode de roue libre!). La puissance envoyée au moteur dépend du rapport cyclique.

Il faut un système de feed-back par capteur de rotation s'il faut une stabilisation de la vitesse: comme la position du potentiomètre détermine la puissance envoyée au moteur, le moteur ralentit fortement quand la charge augmente s'il n'y a pas de boucle d'asservissement.

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