Le champ magnétique tournant est le principe clé du fonctionnement des machines à induction. Le moteur à induction est constitué d’un stator et d’un rotor. Dans le stator, un groupe d’enroulements fixes est disposé de telle sorte qu’un courant biphasé, par exemple, produit un champ magnétique qui tourne à une vitesse angulaire déterminée par la fréquence du courant alternatif. Le rotor ou l’armature est constitué de bobines enroulées dans des fentes, qui sont court-circuitées et dans lesquelles le flux changeant généré par les pôles du champ induit un courant. Le flux généré par le courant d’armature réagit sur les pôles de champ et l’armature est mise en rotation dans une direction définie.
Champs tournants. Lorsque le sens du courant traversant les enroulements change, la polarité des enroulements change également. Comme il y a deux enroulements qui agissent conjointement l’un avec l’autre, la polarité du champ principal dépendra de la polarité de chaque enroulement. La flèche ou le vecteur sous chaque schéma indique la direction du champ magnétique dans chaque cas.
Un champ magnétique tournant symétrique peut être produit avec aussi peu que deux bobines à enroulement polaire entraînées en phase à 90 degrés. Cependant, trois jeux de bobines sont presque toujours utilisés, car ils sont compatibles avec un système de courant alternatif sinusoïdal triphasé symétrique. Les trois bobines sont entraînées avec chaque ensemble en phase de 120 degrés par rapport aux autres. Pour les besoins de cet exemple, le champ magnétique est considéré comme la fonction linéaire du courant de la bobine.
Le résultat de l’addition de trois ondes sinusoïdales de 120 degrés en phase sur l’axe du moteur est un vecteur rotatif unique qui reste toujours constant en magnitude. Le rotor a un champ magnétique constant. Le pôle nord du rotor se déplace vers le pôle sud du champ magnétique du stator, et vice versa. Cette attraction magnétomécanique crée une force qui va entraîner le rotor à suivre le champ magnétique tournant de manière synchrone.
Champ magnétique triphasé tournant, comme indiqué par la flèche noire tournante
Un aimant permanent dans un tel champ va tourner de manière à maintenir son alignement avec le champ externe. Cet effet a été utilisé dans les premiers moteurs électriques à courant alternatif. Un champ magnétique tournant peut être construit en utilisant deux bobines orthogonales avec une différence de phase de 90 degrés dans leurs courants alternatifs. Cependant, dans la pratique, un tel système serait alimenté par une disposition à trois fils avec des courants inégaux. Cette inégalité poserait de sérieux problèmes pour la normalisation de la taille des conducteurs. Pour surmonter ce problème, on utilise des systèmes triphasés dans lesquels les trois courants sont égaux en magnitude et ont une différence de phase de 120 degrés. Dans ce cas, trois bobines similaires ayant des angles géométriques mutuels de 120 degrés créeront le champ magnétique tournant. La capacité du système triphasé à créer le champ tournant utilisé dans les moteurs électriques est l’une des principales raisons pour lesquelles les systèmes triphasés dominent les systèmes d’alimentation électrique dans le monde.
Les champs magnétiques tournants sont également utilisés dans les moteurs à induction. Comme les aimants se dégradent avec le temps, les moteurs à induction utilisent des rotors court-circuités (au lieu d’un aimant), qui suivent le champ magnétique tournant d’un stator à plusieurs bobines. Dans ces moteurs, les spires court-circuitées du rotor développent des courants de Foucault dans le champ tournant du stator, ce qui déplace le rotor par la force de Lorentz. Ces types de moteurs ne sont généralement pas synchrones, mais impliquent au contraire nécessairement un certain degré de « glissement » afin que le courant puisse être produit en raison du mouvement relatif du champ et du rotor.