Différences entre les moteurs hydrauliques et les moteurs électriques

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Auteur: Peter Berry
Date De Création: 17 Août 2021
Date De Mise À Jour: 13 Novembre 2024
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Différences entre les moteurs hydrauliques et les moteurs électriques - Science
Différences entre les moteurs hydrauliques et les moteurs électriques - Science

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UNE moteur En termes physiques, tout ce qui transforme l’énergie en pièces mobiles d’une machine, qu’il s’agisse d’une automobile, d’une presse ou d’un fusil. Les moteurs sont tenus de déplacer des objets dans tant de situations de la vie quotidienne que le monde serait immédiatement bloqué dans un arrêt peu reconnaissable et quelque peu comique si tous les moteurs en fonctionnement restaient silencieux au même moment.


Puisque les moteurs sont omniprésents dans la société humaine moderne, les ingénieurs de Earths ont produit au cours des siècles un certain nombre de types différents, à la mesure des standards technologiques actuels. Par exemple, avant que les gens ne puissent exploiter et utiliser l'électricité à l'échelle mondiale à partir du début du XXe siècle, les grands moteurs des trains étaient alimentés par la vapeur issue de la combustion du charbon.

De nombreux moteurs sont actionneurs, c’est-à-dire qu’ils induisent un mouvement par l’application du couple. Pendant longtemps, la puissance des actionneurs hydrauliques entraînée par le liquide était la norme. Mais avec les progrès du 21ème siècle dans les actionneurs électriques, combinés avec l’électricité abondante et facile à contrôler, les moteurs électriques de ce type réalisent des gains. Est-ce que l'un est clairement supérieur à l'autre et cela dépend-il de la situation?


Vue d'ensemble des systèmes hydrauliques

Si vous avez déjà utilisé un cric ou conduit un véhicule doté de freins ou d'une direction assistée, vous vous êtes peut-être émerveillé de la facilité avec laquelle vous pouvez déplacer la quantité de masse impliquée dans ces transactions physiques avec apparemment peu d'effort. (D'autre part, vous avez peut-être été trop fatigué par la tâche de changer un pneu en bordure de route pour vous embêter avec de telles idées en temps réel.)

Ces tâches et de nombreuses autres communes sont rendues possibles par l’utilisation de systèmes hydrauliques. Hydraulique est la branche de la physique concernée par les propriétés mécaniques et les utilisations pratiques des fluides dynamiques (fluides en mouvement). Les systèmes hydrauliques ne "créent" pas de puissance, mais la convertissent à la forme souhaitée à partir d'une source externe, appelée force motrice.


L’étude de l’hydraulique comprend deux domaines principaux. Hydrodynamique est l'utilisation de liquides à haut débit (dynamique signifie "en mouvement") et basse pression faire du travail. Les usines "à l'ancienne" exploitent l'énergie du courant d'eau pour broyer le grain de cette manière. Hydrostatiqueen revanche, est l'utilisation de liquides à haute pression et faible débit (statique signifie "debout") pour effectuer un travail. Quelle est la base de ce compromis dans le langage de la physique?

Force, travail et zone

La physique sous-jacente à l'utilisation stratégique des moteurs hydrauliques repose sur le concept de multiplication de force. Le travail net effectué dans un système est le produit de la force nette appliquée et de la distance parcourue par l'objet de la force: Wnet = (Fnet)(ré). Cela signifie que pour une quantité donnée de travail affecté à une tâche physique, la force nécessaire pour le faire peut être réduite en augmentant la distance nécessaire à l'application de la force, comme cela peut être fait en utilisant les tours d'une vis.

Ce principe s’étend des situations linéaires aux situations à deux dimensions et de la relation P = F / A, où P = pression en N / m2, F = force en newtons et A = surface en m2. Dans un système hydraulique dans lequel la pression P est maintenue constante et qui comporte deux cylindres à piston de section transversale A1 et un2, cela conduit à la relation

F1/UNE1 = F2/UNE2ou F1 = (A1/UNE2)F2.

Cela signifie que lorsque le piston de sortie A2 est plus grand que le piston d'entrée A1, la force d'entrée sera proportionnellement inférieure à la force de sortie. Bien que cela ne soit pas tout à fait la même chose que d’obtenir quelque chose pour rien, c’est un atout évident dans de nombreuses configurations de moteur contemporaines.

Les bases du moteur électrique

Un moteur électrique utilise le fait qu'un champ magnétique exerce une force sur les charges électriques en mouvement, ou le courant. Une bobine rotative de fil conducteur est placée entre les pôles d'un électroaimant de manière à ce que le champ magnétique induise un couple provoquant la rotation de la bobine autour de son axe. Cet arbre rotatif peut être utilisé pour effectuer différents types de travaux. Dans l’ensemble, les moteurs électriques convertissent l’énergie électrique en énergie mécanique.

Moteurs hydrauliques: types de discussion

Le moteur principal d’un moteur hydraulique est une pompe qui pousse contre le liquide (souvent de l’huile) dans les tuyaux du système. Ce liquide est incompressible et pousse à son tour contre un piston à l'intérieur d'un cylindre contenant du fluide hydraulique des deux côtés.

Le piston se déplace et est converti "en aval" en mouvement de rotation, tandis que le fluide situé à la sortie du piston est renvoyé en permanence dans un réservoir. La pression est maintenue constante dans le système (sauf si elle doit être modifiée pour affecter les sorties du moteur) par la distribution stratégique et le calage des vannes.

Les types de moteurs hydrauliques déployés dans différentes situations comprennent les moteurs à engrenages externes, les moteurs à pistons axiaux et les moteurs à pistons radiaux. Les moteurs hydrauliques sont également utilisés dans certains types de circuits électriques ainsi que dans les combinaisons pompe-moteur.

Moteur hydraulique contre moteur électrique: avantages et inconvénients

Pourquoi utiliser un moteur hydraulique plutôt qu'un moteur à essence ou un moteur électrique? Les avantages et les inconvénients de chaque type de moteur sont si nombreux que chaque variable de votre propre scénario doit être prise en compte.

Avantages des moteurs hydrauliques:

L'avantage principal des moteurs hydrauliques est qu'ils peuvent être utilisés pour générer des forces extrêmement élevées par rapport aux forces d'entrée. Ceci est analogue à la situation dans la mécanique ordinaire (non hydraulique) où la géométrie des leviers et des poulies peut être "travaillée" avec un avantage similaire.

Les moteurs hydrauliques fonctionnent avec des liquides incompressibles, ce qui permet un contrôle plus précis du moteur et donc une plus grande précision de mouvement. Ils sont très utiles pour les équipements mobiles lourds (camions, par exemple).

Inconvénients des moteurs hydrauliques:

Les moteurs hydrauliques sont généralement l'option la plus chère. Avec toute l’huile en jeu, leur fonctionnement est compliqué, leurs filtres, leurs pompes et leur huile nécessitant toutes des vérifications, des modifications, un nettoyage et un remplacement. Les fuites peuvent engendrer des risques pour la sécurité et l'environnement.

Avantages des moteurs électriques:

La plupart des installations hydrauliques ne sont pas rapides. Les moteurs électriques sont beaucoup plus rapides (jusqu'à 10 m / s). Ils ont des vitesses et des positions d'arrêt programmables, contrairement aux systèmes hydrauliques, et fournissent une précision de positionnement élevée, le cas échéant. Les capteurs électroniques peuvent fournir une rétroaction précise sur le mouvement et la force appliquée, permettant un contrôle du mouvement supérieur.

Inconvénients des moteurs électriques:

Ces moteurs sont compliqués à installer et à dépanner par rapport aux autres moteurs. Surtout, leur inconvénient est que si vous avez besoin de beaucoup plus de force, vous avez besoin d'un moteur beaucoup plus gros et plus lourd, contrairement au cas des moteurs hydrauliques.

Note sur les activateurs pneumatiques

La question des actionneurs pneumatiques ou électriques ou des actionneurs hydrauliques se pose également dans certaines situations. La différence entre les actionneurs pneumatiques et hydrauliques réside dans le fait que les moteurs hydrauliques utilisent des liquides, tandis que les actionneurs pneumatiques utilisent des gaz, généralement de l'air ordinaire. (Les liquides et les gaz, pour référence, sont classés comme les fluides.)

Les activateurs pneumatiques sont avantageux en ce que l'air est essentiellement partout (ou du moins partout où les humains travaillent confortablement), de sorte qu'un compresseur d'air est tout ce qui est nécessaire pour un moteur. D'autre part, ces moteurs sont très inefficaces en raison des pertes comparativement importantes dues à la chaleur par rapport aux autres types de moteurs.