Mécanique

Comment l’électricité fait-elle tourner un moteur ?

Par Eric GARLETTI , le 12 juin 2022 - 9 minutes de lecture
Comment l'électricité fait-elle tourner un moteur ?

La principale raison pour laquelle les voitures électriques sont plus efficaces est leur capacité à récupérer l’énergie perdue dans le processus de production de chaleur des feux de circulation. Cette énergie est appelée “drain fantôme” et est utilisée par les véhicules conventionnels lorsqu’ils ne sont pas utilisés. Dans le cas de la Chevrolet Bolt, cette énergie est à peine gaspillée, car elle est captée par les systèmes de diagnostic et de télématique embarqués de la voiture. Par rapport aux voitures classiques, les VE consomment jusqu’à 75 % de carburant en moins.

L’efficacité des véhicules électriques est supérieure à celle des véhicules à essence.

Le rendement moyen d’un VE tourne autour de 60 %, mais peut atteindre 77 % en cas de freinage par récupération. Cela rend un VE quatre fois plus efficace qu’un véhicule à essence typique, et deux fois plus efficace que l’hybride le plus économe en carburant. En outre, la conduite d’un véhicule électrique réduit également la demande de pétrole, par rapport à une voiture classique.

En plus d’économiser de l’argent sur le carburant, les véhicules électriques épargnent également au climat des milliers de livres de pollution par le carbone. En outre, une voiture électrique à batterie peut faire économiser 14 480 dollars aux propriétaires de VE au cours de leur vie. Vos coûts d’électricité varient en fonction de votre lieu de résidence. Par exemple, les propriétaires de VE dans l’État de Washington peuvent économiser 14 480 dollars pendant la durée de vie de leur véhicule. En revanche, les propriétaires de VE à Hawaï peuvent s’attendre à payer plus cher, car leurs factures d’électricité seront plus élevées au cours des 15 années de vie de leur véhicule.

Le fait que les voitures électriques soient plus économes en carburant dépend d’un certain nombre de facteurs. L’autonomie des véhicules électriques dépend de votre style de conduite, de votre chargement et du terrain. En outre, vous devrez tenir compte de la taille de votre batterie, car elle aura une incidence sur votre facture d’électricité. Mais même si vous ne conduisez pas votre véhicule électrique très souvent, l’autonomie d’un véhicule électrique peut être supérieure à celle d’une voiture à essence. Il en va de même pour les hybrides.

En matière de freinage, les véhicules électriques sont plus économes en carburant que les véhicules classiques. Les VE peuvent accélérer et s’arrêter deux ou trois fois plus vite que les voitures conventionnelles lorsqu’ils freinent. Les véhicules conventionnels n’utilisent que 12 ou 30 % de l’essence qu’ils brûlent. En revanche, les véhicules électriques utilisent soixante à soixante-dix pour cent de ce carburant, grâce au freinage par récupération. Mieux encore, la batterie se recharge chaque fois que vous ralentissez ou accélérez.

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Les voitures électriques sont plus faciles à recharger

Bien que les voitures électriques soient plus faciles à recharger que les véhicules à essence, les conducteurs sont toujours confrontés à des difficultés lorsqu’il s’agit de les recharger. Actuellement, le nombre de stations de recharge est bien inférieur à celui des véhicules à essence. Par conséquent, la recharge de la batterie d’un VE peut s’avérer un processus fastidieux, en particulier sans chargeur de niveau 3 à la maison. De plus, un chargeur de niveau 3 prend plus de temps pour charger la batterie d’un VE qu’un chargeur de niveau 2.

Le coût de la recharge d’une voiture électrique varie en fonction de l’heure de la journée et du tarif de l’électricité dans votre région. En général, une personne du Nebraska peut s’attendre à payer moins cher pour charger son VE qu’une personne d’Hawaï. Les taux d’électricité ont également tendance à être plus stables que le prix de l’essence, de sorte que les conducteurs peuvent s’attendre à économiser de l’argent s’ils optent pour un VE plutôt que pour une voiture à essence. Bien que ce coût soit plus élevé au départ, il s’additionnera rapidement.

L’un des principaux obstacles à l’adoption des véhicules électriques est la crainte de manquer d’électricité. Toutefois, cette crainte appartiendra bientôt au passé. Davantage de bornes de recharge seront disponibles dans tout le pays, ce qui signifie que les conducteurs n’auront pas besoin de parcourir de longues distances pour recharger leur voiture électrique. En outre, davantage de personnes pourront profiter du nombre croissant de bornes de recharge. Avec davantage d’efforts publics et privés, les voitures électriques seront bientôt plus faciles à recharger que les véhicules à essence.

La recharge d’une voiture dépend du niveau de charge. Le taux de charge maximal du véhicule limitera la vitesse de charge globale. Les taux de charge maximums varient selon les modèles et les marques. Si le taux de charge est de 20 kW, le véhicule se chargera à son taux maximum. Par conséquent, la vitesse de charge sera plus lente lorsque la voiture est complètement chargée. C’est pourquoi la recharge d’une voiture ayant un taux de charge inférieur vous coûtera plus cher.

La recharge d’une voiture électrique est plus facile que celle d’une voiture à essence. Une station de charge convertit l’énergie extérieure en une charge de batterie. La recharge d’une voiture entièrement électrique nécessite une station de recharge. Par ailleurs, un véhicule hybride peut être rechargé dans une station-service. Si vous souhaitez recharger votre véhicule électrique tout en conduisant, vous devez rechercher une station de recharge qui accepte les deux types de charge. De cette façon, vous économiserez de l’argent et de l’énergie sur les véhicules à essence.

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Les moteurs électriques peuvent fonctionner en marche arrière

Comment un moteur fonctionne-t-il en marche arrière ? Il commence par détecter le signal d’allumage. Ensuite, un microcontrôleur détermine si le moteur fonctionne en rotation avant ou arrière. En rotation inverse, le moteur ne reçoit aucun signal d’allumage. Le moteur continue à tourner en marche avant. C’est ainsi qu’un moteur fonctionne en marche arrière. En théorie, cela serait avantageux pour charger des batteries et stocker l’électricité excédentaire provenant de sources d’énergie variables. Mais la science n’est pas aussi simple qu’il y paraît.

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Les moteurs électriques utilisent des rotors à cage d’écureuil

Le rotor à cage d’écureuil est un exemple typique de moteur à induction. Il est constitué de lamelles d’acier avec des conducteurs en cuivre ou en aluminium intégrés dans sa surface. Le stator contient un enroulement de courant alternatif. Le courant oscille selon une courbe sinusoïdale. La force électromotrice générée suit ces oscillations. Par conséquent, la tension opposée pousse le rotor et produit un couple.

Les moteurs à induction produisent un couple par induction électromagnétique. Un rotor à cage d’écureuil fonctionne en générant un courant dans son rotor en court-circuitant des barres d’aluminium. Lorsque ce courant traverse le rotor, il coupe l’enroulement du rotor, créant ainsi un second champ magnétique. Le couple résultant est produit par l’interaction de ces deux champs magnétiques. Pour construire un moteur utilisant un moteur à induction, il faut trois pièces : le stator, le rotor et le ventilateur.

Dans un moteur à deux cages, le rotor à cage d’écureuil est l’un des composants les plus importants. Il possède un couple de démarrage élevé et une faible réactance, ce qui le rend adapté au démarrage à tension réduite. Un rotor à faible réactance a un mauvais couple de démarrage et un rotor à forte réactance provoque plus de pertes en Cu. Un moteur avec deux cages est appelé moteur à double cage. La cage extérieure contient des barres métalliques à haute résistance, tandis que la cage intérieure contient des barres de cuivre.

Lorsque vous voyez le rotor d’un moteur, vous remarquez que les barres sont inclinées. Ce ne sont pas des fils, mais des barres épaisses et lourdes de cuivre, d’aluminium et d’alliages d’aluminium qui sont utilisées dans sa construction. Ces laminés sont soudés ensemble et court-circuités aux deux extrémités pour réduire le risque de blocage du rotor du moteur dans un champ magnétique. Si cela se produit, le rotor s’arrêtera de tourner même si le moteur est alimenté en courant.

Les moteurs électriques fonctionnent en envoyant de l’électricité dans les enroulements

Les moteurs électriques sont alimentés par des courants électriques envoyés dans les bobinages, qui se transforment en électroaimants qui se poussent les uns contre les autres à l’intérieur du stator et du rotor. Le rotor tourne pour aligner les champs magnétiques, générant ainsi un couple. Les moteurs électriques sont capables de se déplacer sur des distances beaucoup plus longues qu’un moteur de voiture typique. Le moteur électrique lui-même est un exemple de moteur série ou parallèle à excitation électrique commuté.

Les moteurs électriques d’aujourd’hui sont très efficaces, produisant 93 à 98 % de l’énergie qui leur est envoyée. Ils transforment 97 à 98 % du courant électrique en énergie mécanique, alors que les meilleurs moteurs à combustion interne ne parviennent qu’à environ 45 %. Ces petites améliorations de l’efficacité peuvent faire une différence substantielle en termes de coût. Un moteur électrique coûte entre 1 et 1,5 % de l’électricité consommée par une voiture en 20 à 25 ans, alors qu’un moteur à combustion interne consomme environ 5 % de l’électricité qu’il utilise.

L’enroulement secondaire maintient le moteur en rotation après son démarrage. Le courant qui le traverse produit un champ magnétique à l’intérieur du stator qui maintient l’arbre du moteur en rotation après que l’enroulement de démarrage a été déconnecté. Un interrupteur centrifuge relie le courant alternatif au stator du moteur, envoyant ainsi du courant électrique au moteur. La vitesse du moteur est généralement de 1725 tr/min, mais les brûleurs à huile à grande vitesse les plus récents atteignent 3450 tr/min.

Eric GARLETTI

D'un naturel passionné par les nouvelles technologies, les crypto et la nature (oui ce n'est pas antinomique) je rédige pour quelques sites pour le plaisir. Dans la réalité pour ce blog, c'est une IA qui rédige le contenu et cela me sert de test pour mieux comprendre le fonctionnement de Google.

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