Principes de fonctionnement du moteur électrique pour théières

  • Des compteurs

La base du fonctionnement d'un moteur électrique, à la fois en courant continu et en courant alternatif, est basée sur l'ampère. Si vous ne savez pas comment cela se passera, rien ne sera jamais clair.

P.S. En réalité, il existe un produit vectoriel et des différentiels, mais ce sont des détails et nous avons un cas particulier simplifié.

La direction de l'ampère est déterminée par la règle de la main gauche.

Mentalement, nous plaçons la paume gauche sur la figure supérieure et obtenons la direction des forces de l’Ampère. Elle tape le cadre avec le courant dans la position indiquée à la Fig.1. Et rien ne se retournera ici, le cadre est en équilibre, durable.

Et si la trame actuelle est tournée différemment, voici ce qui se passera:

Il n'y a pas d'équilibre ici, la force de l'ampère fait tourner les murs opposés pour que le cadre commence à tourner. Une rotation mécanique apparaît. C’est la base du moteur électrique, l’essence, puis seulement les détails.

Maintenant, que fera le cadre avec le courant de la figure 3? Si le système est parfait, sans frottement, il y aura des fluctuations. Si le frottement est présent, les oscillations disparaîtront progressivement, le cadre avec le courant se stabilisera et deviendra comme sur la Fig.1.

Mais nous avons besoin d’une rotation constante et elle peut être réalisée de deux manières fondamentalement différentes, d’où la différence entre les moteurs à courant continu et les moteurs à courant électrique.

Méthode 1. Modifiez le sens du courant dans le cadre.

Cette méthode est utilisée dans les moteurs à courant continu et ses descendants.

Regarder les images. Laissez notre moteur hors tension et le cadre actuel est orienté de manière aléatoire, comme ceci:

Fig.4.1 Cadre placé au hasard

La force de l'ampère agit sur un cadre situé au hasard et commence à pivoter.

En cours de mouvement, le cadre atteint un angle de 90 °. Le moment (couple de forces ou de couple) est maximal.

Et maintenant, le cadre atteint la position où il n'y a pas de couple. Et si le courant n'est pas coupé, la force de l'ampère ralentira déjà le cadre et à la fin du demi-tour, le cadre s'arrêtera et commencera à tourner dans le sens opposé. Mais nous n'avons pas besoin de cela.

Par conséquent, à la figure 3, nous faisons un geste sournois: nous changeons la direction du courant dans la trame.

Et après avoir traversé cette position, le cadre dans lequel le courant change de direction ne décélère plus mais accélère à nouveau.

Et lorsque le cadre arrive à la position d'équilibre suivante, nous modifions à nouveau le courant.

Et le cadre continue à accélérer là où nous voulons.

Et il en résulte une rotation constante. Magnifique? Beau Il suffit de changer le sens du courant deux fois par tour et l’ensemble de l’entreprise.

Et le fait, c'est-à-dire fournit un changement de noeud spécial actuel - noeud de collecteur de balais. Fondamentalement, il est conçu comme suit:

Le chiffre est clair et sans explication. Le cadre frotte quelque chose sur un contact, puis sur l'autre, et le courant change.

Une caractéristique très importante du nœud collecteur de pinceaux est sa petite ressource. En raison de la friction. Par exemple, voici le moteur DPR-52-H1 - la durée de fonctionnement minimale est de 1 000 heures. Dans le même temps, les moteurs modernes sans balai ont une durée de vie de plus de 10 000 heures et les moteurs à courant alternatif (il n'y a pas non plus de GCW) ont plus de 40 000 heures.

PostScriptum. Outre le moteur à courant continu standard (c’est-à-dire avec une unité collecteur-brosses), il existe également un développement: un moteur à courant continu sans balai (BDPT) et un moteur de vanne.

BDBT se distingue par le fait que le courant y change électroniquement (les transistors sont fermés et ouverts) et que la vanne est encore plus raide, elle change également le courant en contrôlant le moment. Et en général, les BPDT avec vanne sont d'une complexité comparable à celle d'un entraînement électrique, car ils possèdent toutes sortes de capteurs de position du rotor (capteurs à effet Hall par exemple) et un contrôleur électronique complexe.

Différence de BDPT par rapport au moteur de la vanne sous la forme de contre-CEM. Dans BDPT, il existe un trapézoïde (changement brutal) et dans un moteur à soupapes - une sinusoïde, des moyens plus lisses.

En anglais, BDPT est BLDC et le moteur de la vanne est PMSM.

Méthode 2. Le flux magnétique tourne, c'est-à-dire champ magnétique.

Un champ magnétique tournant est produit en utilisant un courant triphasé alternatif. Voici le stator.

Et il y a 3 phases de courant alternatif.

Entre eux, comme vous pouvez le voir, 120 degrés, degrés électriques.

Ces trois phases sont placées dans le stator de manière spéciale, de sorte qu’elles soient géométriquement opposées de 120 °.

Et puis, quand le courant triphasé est appliqué, il se produit tout seul en pliant le flux magnétique des trois enroulements en un champ magnétique tournant.

De plus, le champ magnétique rotatif "écrase" la force d'Ampère sur notre cadre et il tourne.

Mais il y a aussi des différences, deux manières différentes.

Méthode 2a. Le cadre est alimenté (moteur synchrone).

Servir signifie une tension (constante) sur le cadre, le cadre est réglé sur le champ magnétique. Rappelez-vous pic.1 depuis le début? Voilà comment le cadre devient.

Mais le champ magnétique que nous faisons pivoter ici, et pas seulement en suspens Que fera le cadre? Il tournera également en suivant le champ magnétique.

Ils (cadre et champ) tournent à la même fréquence ou de manière synchrone; ces moteurs sont donc appelés moteurs synchrones.

Méthode 2b. Le cadre n'est pas alimenté (moteur asynchrone).

L'astuce est que le cadre n'est pas alimenté, il n'est pas alimenté du tout. Juste le fil est si fermé.

Lorsque nous commençons à faire tourner le champ magnétique, les lois de l’électromagnétisme dans le cadre s’induisent. De ce courant et de ce champ magnétique, on obtient une force en ampères. Mais la force de l’ampère ne se produira que si le cadre se déplace par rapport au champ magnétique (une histoire bien connue avec les expériences d’Ampère et ses voyages dans la pièce voisine).

Ainsi, le cadre sera toujours en retard sur le champ magnétique. Et puis, si pour quelque raison que ce soit, elle le rattrape soudainement, la reprise du terrain disparaîtra, le courant disparaîtra, le pouvoir d'Ampère disparaîtra et tout disparaîtra complètement. Autrement dit, dans un moteur asynchrone, la trame est toujours en retard sur le champ et leur fréquence est différente, c’est-à-dire qu’ils tournent de manière asynchrone. Par conséquent, le moteur est appelé asynchrone.

Dispositif et principe de fonctionnement de moteurs électriques asynchrones

Dans l'industrie, les plus courants sont les moteurs asynchrones triphasés. Considérez la structure et le fonctionnement de ces moteurs.

Le principe de fonctionnement d'un moteur asynchrone repose sur l'utilisation d'un champ magnétique tournant.

Pour clarifier le fonctionnement d'un tel moteur, nous ferons l'expérience suivante.

Fixez l’aimant en fer à cheval sur l’axe afin qu’il puisse être tourné par la poignée. Entre les pôles de l'aimant, nous plaçons sur l'axe un cylindre de cuivre pouvant tourner librement.

Figure 1. Le modèle le plus simple pour produire un champ magnétique tournant.

Commençons à faire tourner l'aimant par la poignée dans le sens des aiguilles d'une montre. Le champ de l'aimant commencera également à tourner et, avec rotation, coupera le cylindre de cuivre avec ses lignes de force. Selon la loi de l'induction électromagnétique, des courants de Foucault apparaîtront dans le cylindre, ce qui créera son propre champ magnétique - le champ du cylindre. Ce champ interagira avec le champ magnétique de l'aimant permanent. Le cylindre commencera à tourner dans le même sens que l'aimant.

Il a été établi que la vitesse de rotation du cylindre est légèrement inférieure à la vitesse de rotation du champ de l'aimant.

En effet, si un cylindre tourne à la même vitesse que le champ magnétique, les lignes de force magnétiques ne l'intersectent pas et, par conséquent, aucun courant de Foucault n'entraîne la rotation du cylindre.

La vitesse de rotation du champ magnétique est généralement appelée synchrone, car elle est égale à la vitesse de rotation de l'aimant et la vitesse de rotation du cylindre est asynchrone (asynchrone). Par conséquent, le moteur lui-même a été nommé moteur asynchrone. La vitesse de rotation du cylindre (rotor) diffère légèrement de la vitesse de rotation synchrone du champ magnétique, appelée glissement.

En indiquant la vitesse de rotation du rotor par n1 et la vitesse de rotation du champ par n, nous pouvons calculer la valeur de glissement en pourcentage à l'aide de la formule:

Dans l'expérience ci-dessus, le champ magnétique tournant et la rotation du cylindre provoquée par celui-ci ont été obtenus grâce à la rotation de l'aimant permanent. Ce dispositif n'est donc pas encore un moteur électrique. Il est nécessaire de forcer un courant électrique pour créer un champ magnétique rotatif et l'utiliser pour faire tourner le rotor. Cette tâche a été brillamment résolue à un moment donné par M. O. Dolivo-Dobrovolsky. Il a suggéré d'utiliser un courant triphasé à cette fin.

Le dispositif d'un moteur électrique asynchrone M. O. Dolivo-Dobrovolsky

Figure 2. Schéma du moteur électrique asynchrone Dolivo-Dobrovolsky

Aux pôles d'un noyau de fer de forme annulaire, appelé stator de moteur électrique, sont disposés trois enroulements, des réseaux de courant triphasés 0 situés l'un par rapport à l'autre selon un angle de 120 °.

L'intérieur du noyau est fixé sur l'axe du cylindre en métal, appelé rotor du moteur électrique.

Si les enroulements sont interconnectés comme indiqué sur la figure et connectés au réseau de courant triphasé, le flux magnétique total créé par les trois pôles sera en rotation.

La figure 3 montre un graphique des courants dans les enroulements du moteur et le processus d'apparition d'un champ magnétique tournant.

Considérez - plus en détail ce processus.

Figure 3. Obtention d'un champ magnétique rotatif

En position «A» sur le graphique, le courant dans la première phase est nul, dans la deuxième phase, il est négatif et dans la troisième, il est positif. Le courant dans les bobines des pôles va circuler dans la direction indiquée par des flèches sur la figure.

Après avoir déterminé la direction du flux magnétique créé par la règle de la main droite, nous verrons qu’un pôle sud (S) sera créé à l’extrémité du pôle interne (faisant face au rotor) de la troisième bobine et un pôle nord (C) au pôle de la deuxième bobine. Le flux magnétique total sera dirigé du pôle de la deuxième bobine à travers le rotor jusqu'au pôle de la troisième bobine.

Dans la position «B» du graphique, le courant dans la deuxième phase est égal à zéro, dans la première phase, il est positif et dans la troisième, il est négatif. Le courant circulant dans les bobines des pôles crée à la fin de la première bobine le pôle sud (Yu), à la fin de la troisième bobine le pôle nord (C). Le flux magnétique total sera maintenant dirigé du troisième pôle à travers le rotor vers le premier pôle, c’est-à-dire que les pôles se déplaceront de 120 °.

Dans la position «B» du graphique, le courant dans la troisième phase est égal à zéro, dans la deuxième phase, il est positif et dans la première, il est négatif. Maintenant, le courant traversant les première et deuxième bobines créera le pôle nord (C) à l’extrémité de la première bobine et le pôle sud (Yu) à l’extrémité du pôle de la seconde bobine, c’est-à-dire que la polarité du champ magnétique total se déplacera de 120 °. En position «G» sur le graphique, le champ magnétique se déplacera de 120 °.

Ainsi, le flux magnétique total changera de direction en même temps que le courant dans les enroulements du stator (pôles).

Dans ce cas, dans une période de changement du courant dans les enroulements, le flux magnétique fera un tour complet. Le flux magnétique rotatif emportera le cylindre et nous obtiendrons ainsi un moteur électrique asynchrone.

Rappelons que sur la figure 3, les enroulements du stator sont reliés par une "étoile", mais un champ magnétique tournant est également formé lorsqu'ils sont reliés par un "triangle".

Si nous échangeons les enroulements des deuxième et troisième phases, le flux magnétique modifiera le sens de sa rotation en sens inverse.

Le même résultat peut être obtenu sans interchanger les enroulements du stator, mais en dirigeant le courant de la deuxième phase du réseau vers la troisième phase du stator et la troisième phase du réseau vers la deuxième phase du stator.

Ainsi, il est possible de changer le sens de rotation du champ magnétique en commutant deux phases quelconques.

Nous avons considéré le dispositif d’un moteur à induction comportant trois enroulements sur le stator. Dans ce cas, le champ magnétique tournant est bipolaire et le nombre de tours par seconde est égal au nombre de périodes de changement de courant par seconde.

Si six enroulements sont placés sur le stator autour de la circonférence, un champ magnétique rotatif à quatre pôles sera créé. Avec neuf enroulements, le champ sera six pôles.

Avec une fréquence de courant triphasé f égale à 50 périodes par seconde, soit 3000 par minute, le nombre de tours n du champ tournant par minute sera:

avec un stator bipolaire, n = (50 x 60) / 1 = 3000 tr / min,

avec un stator à quatre pôles, n = (50 x 60) / 2 = 1500 tr / min,

avec un stator à six pôles, n = (50 x 60) / 3 = 1000 tr / min,

lorsque le nombre de paires de pôles du stator est p: n = (f x 60) / p,

Nous avons donc établi la vitesse de rotation du champ magnétique et sa dépendance au nombre d’enroulements sur le stator du moteur.

Comme nous le savons, le rotor du même moteur sera quelque peu en retard dans sa rotation.

Cependant, le décalage du rotor est très faible. Par exemple, lorsque le moteur tourne au ralenti, la différence de vitesse n’est que de 3% et avec une charge de 5 à 7%. Par conséquent, la vitesse du moteur asynchrone avec un changement de charge varie dans de très petites limites, ce qui est l’un de ses avantages.

Considérons maintenant le dispositif des moteurs électriques asynchrones.

Le stator d’un moteur électrique moderne asynchrone a des pôles non exprimés, c’est-à-dire que la surface interne du stator est complètement lisse.

Pour réduire les pertes par courants de Foucault, le noyau de stator est assemblé à partir de fines tôles d'acier embouties. Le noyau de stator assemblé est fixé dans un boîtier en acier.

Dans les fentes du stator se trouve un enroulement de fil de cuivre. Les enroulements de phase du stator du moteur électrique sont reliés par une "étoile" ou un "triangle", pour lequel tous les débuts et les extrémités des enroulements sont affichés sur le boîtier - sur un bouclier isolant spécial. Un tel dispositif du stator est très pratique, car il vous permet de faire tourner ses enroulements sur différentes tensions standard.

Le rotor d'un moteur à induction, comme un stator, est composé de tôles d'acier embouties. Un enroulement est posé dans les fentes du rotor.

En fonction de la conception du rotor, les moteurs à induction sont divisés en moteurs avec une cage d'écureuil et un rotor de phase.

L'enroulement d'un rotor à cage d'écureuil est constitué de tiges de cuivre posées dans les fentes du rotor. Les extrémités des tiges sont connectées à l'aide d'un anneau de cuivre. Un tel enroulement est appelé enroulement «cage d'écureuil». Notez que les tiges de cuivre dans les rainures ne sont pas isolées.

Dans certains moteurs, la "cage d'écureuil" est remplacée par un rotor moulé.

Un moteur asynchrone à rotor à phases (à bagues collectrices) est généralement utilisé dans les moteurs électriques de forte puissance et dans ces cas; quand il est nécessaire que le moteur électrique crée une grande force lors du démarrage. Ceci est réalisé en démarrant un rhéostat dans les enroulements du moteur de phase.

Les moteurs asynchrones court-circuités sont lancés de deux manières:

1) Raccordement direct de la tension secteur triphasée au stator du moteur. Cette méthode est la plus facile et la plus populaire.

2) En réduisant la tension appliquée aux enroulements du stator. La tension est réduite, par exemple, en commutant les enroulements du stator de «l'étoile» vers le «triangle».

Le moteur est lancé lorsque les enroulements du stator sont connectés avec une "étoile" et lorsque le rotor atteint la vitesse normale, les enroulements du stator sont commutés sur une connexion "en triangle".

Le courant dans les fils d'alimentation avec cette méthode de démarrage du moteur est réduit de 3 fois par rapport au courant qui se produirait si le moteur était démarré par une connexion directe au réseau avec des enroulements de stator reliés par un "triangle". Cependant, cette méthode ne convient que si le stator est conçu pour un fonctionnement normal lors du raccordement de ses enroulements avec un "triangle".

Le plus simple, économique et fiable est un moteur électrique asynchrone à rotor à cage d'écureuil, mais ce moteur présente certains inconvénients: une faible force lors du démarrage et un courant de démarrage important. Ces inconvénients sont en grande partie éliminés par l'utilisation d'un rotor à phases, mais l'utilisation d'un tel rotor augmente considérablement le coût du moteur et nécessite un rhéostat de démarrage.

Types de moteurs électriques asynchrones

Le type principal de machines asynchrones est un moteur asynchrone triphasé. Il comporte trois enroulements sur le stator, décalés dans l’espace de 120 °. Les enroulements sont connectés en étoile ou en triangle et sont alimentés par un courant alternatif triphasé.

Dans la plupart des cas, les moteurs à faible puissance fonctionnent comme des moteurs à deux phases. Contrairement aux moteurs triphasés, ils ont deux enroulements sur le stator, les courants dans lesquels pour créer un champ magnétique tournant doivent être décalés d'un angle de π / 2.

Si les courants dans les enroulements sont égaux en valeur et sont déphasés de 90 °, le fonctionnement d'un tel moteur ne diffère en aucune manière du fonctionnement d'un moteur triphasé. Cependant, ces moteurs avec deux enroulements sur le stator sont dans la plupart des cas alimentés par un réseau monophasé et le décalage approchant les 90 ° est créé artificiellement, généralement au détriment des condensateurs.

Un moteur monophasé n'ayant qu'un seul enroulement sur le stator est pratiquement inutilisable. Avec un rotor fixe, seul un champ magnétique pulsé est créé dans le moteur et le couple est nul. Certes, si le rotor d’une telle machine est mis en rotation à une certaine vitesse, il peut alors exécuter les fonctions du moteur.

Dans ce cas, bien qu’il n’y ait qu’un champ pulsé, il est composé de deux symétriques - direct et inverse, créant des moments inégaux - plus de moteur et moins de freinage, résultant de courants de rotor de fréquence accrue (le glissement par rapport au champ synchrone est supérieur à 1).

En relation avec ce qui précède, les moteurs monophasés sont alimentés par un deuxième enroulement, qui sert de démarreur. Pour créer un déphasage du courant, des condensateurs sont inclus dans le circuit de cet enroulement, dont la capacité peut être assez grande (des dizaines de microfarads avec une puissance moteur inférieure à 1 kW).

Les systèmes de commande utilisent des moteurs à deux phases, parfois appelés moteurs exécutifs. Ils ont deux enroulements sur le stator décalés de 90 ° dans l'espace. L'un des enroulements, appelé enroulement inducteur, est directement connecté au réseau de 50 ou 400 Hz. La seconde est utilisée comme un enroulement de contrôle.

Pour créer un champ magnétique tournant et le moment correspondant, le courant dans l'enroulement de contrôle doit être décalé d'un angle proche de 90 °. Le réglage de la vitesse du moteur, comme on le verra ci-dessous, est effectué en modifiant la valeur ou la phase du courant dans cet enroulement. L'inverse est obtenu en modifiant la phase du courant dans l'enroulement de contrôle de 180 ° (commutation de l'enroulement).

Les moteurs biphasés sont fabriqués en plusieurs versions:

rotor à cage d'écureuil

à rotor creux non magnétique

avec un rotor magnétique creux.

La transformation du mouvement de rotation du moteur en mouvement de translation des organes de la machine est toujours liée à la nécessité d’utiliser des unités mécaniques: crémaillères, vis, etc. Il est donc parfois conseillé de faire tourner le moteur avec un mouvement linéaire du rotor-coureur. conditionnellement - en tant qu’organe en mouvement).

Dans ce cas, le moteur, comme on dit, peut être déployé. L'enroulement statorique du moteur linéaire est identique à celui d'un moteur volumétrique, mais il ne doit être placé dans les fentes que sur toute la longueur du mouvement possible maximum du coulisseau de rotor. Le rotor-coureur est généralement court-circuité avec le corps articulé du mécanisme. Bien entendu, il doit y avoir aux extrémités du stator des butées empêchant le rotor de sortir des limites de travail du chemin.

Quelle est la différence entre un moteur synchrone et un moteur asynchrone?

Avant de comprendre quelle est la différence entre eux, vous devez comprendre ce qu'est un moteur électrique. Un moteur électrique est une machine électrique entraînée par de l'énergie électrique et servant à entraîner d'autres mécanismes.

Explication du principe de fonctionnement du moteur synchrone pour les "nuls"

Depuis l'enfance, nous nous souvenons que deux aimants, s'ils sont rapprochés l'un de l'autre, attirent l'un dans l'autre et se repoussent. Cela se produit, en fonction du fait que les côtés des aimants avec lesquels nous les connectons sont attirés par des pôles opposés qui se repoussent. Ce sont des aimants permanents dont le champ magnétique est constamment présent. Il existe également des aimants variables.

Dans le manuel scolaire de physique, il y a un dessin qui montre un électro-aimant en forme de fer à cheval et un cadre avec des demi-anneaux aux extrémités, situé entre ses pôles.

Lorsque le cadre est placé horizontalement dans l'espace entre les pôles des aimants, du fait que l'aimant attire les pôles opposés et se propage comme des pôles, un courant du même signe est appliqué au cadre. Un champ électromagnétique apparaît autour du cadre (voici l'exemple d'un aimant variable!). Les pôles des aimants attirent le cadre et celui-ci se met en position verticale. Lorsque la verticale est atteinte, un courant du signe opposé est appliqué au cadre, le champ électromagnétique du cadre change de polarité et les pôles de l'aimant permanent commencent à repousser le cadre, le faisant pivoter dans une position horizontale, après quoi le cycle de rotation se répète.

C'est le principe de fonctionnement du moteur électrique. De plus, un moteur synchrone primitif!

Le rotor d’un moteur synchrone tournera à la même fréquence que le courant appliqué aux bornes de l’enroulement, c.-à-d. de manière synchrone. D'où le nom de ce moteur électrique.

Explication du principe de fonctionnement d'un moteur électrique asynchrone pour les nuls

Nous rappelons la description de la figure dans l'exemple précédent. Le même cadre, situé entre les pôles de l'aimant en fer à cheval, seules ses extrémités ne comportent pas de demi-anneaux, elles sont interconnectées.

Nous commençons maintenant à faire pivoter l'aimant en fer à cheval autour du cadre. Faites-le pivoter lentement et observez le comportement du cadre. Jusqu'à un certain temps, le cadre reste immobile, puis, lorsque l'aimant est tourné à un certain angle, il commence à tourner après l'aimant. La rotation du cadre est retardée par rapport à la vitesse de rotation de l'aimant, c'est-à-dire il ne tourne pas de manière synchrone avec celui-ci - de manière asynchrone. Il s’avère qu’il s’agit d’un moteur asynchrone primitif.

En fait, le rôle des aimants dans un véritable moteur asynchrone réside dans les enroulements situés dans les fentes du stator auxquelles le courant est fourni. Et le rôle du cadre est joué par le rotor, dans les rainures dans lesquelles des plaques de métal sont insérées, reliés entre eux pour faire court. Par conséquent, un tel rotor est appelé court-circuité.

Quelle est la différence entre les moteurs électriques synchrones et asynchrones?

Si deux moteurs électriques modernes du même type et de l’autre type sont placés côte à côte, il est alors difficile de les distinguer par des signes extérieurs, même de la part d’un spécialiste.

Leur différence principale est essentiellement discutée dans les exemples de principes de fonctionnement de ces moteurs électriques. Ils diffèrent par la conception du rotor. Le rotor d'un moteur synchrone est constitué d'enroulements et le rotor asynchrone est un ensemble de plaques.

Les stators de l'un et de l'autre moteurs électriques sont presque indiscernables et représentent un ensemble d'enroulements. Toutefois, le stator d'un moteur électrique synchrone peut être constitué d'aimants permanents.

La vitesse du moteur synchrone correspond à la fréquence du courant qui lui est fourni, et la vitesse du moteur asynchrone est légèrement inférieure à la fréquence du courant.

Ils diffèrent dans les domaines d'application. Par exemple, des moteurs électriques synchrones sont installés pour entraîner des équipements fonctionnant à une vitesse de rotation constante (pompes, compresseurs, etc.) sans la diminuer avec l'augmentation de la charge. Mais les moteurs électriques asynchrones réduisent la fréquence de rotation lorsque la charge augmente.

Les moteurs électriques synchrones sont structurellement plus complexes et donc plus coûteux que les moteurs électriques asynchrones.

Dispositif et principe de fonctionnement d'un moteur asynchrone

Les moteurs électriques asynchrones (AD) sont largement utilisés dans l'économie nationale. Selon différentes sources, jusqu'à 70% de toute l'énergie électrique convertie en énergie mécanique de mouvement de rotation ou de translation est consommée par un moteur asynchrone. L'énergie électrique en énergie mécanique de translation est convertie par des moteurs électriques asynchrones linéaires, largement utilisés en propulsion électrique, pour la réalisation d'opérations technologiques. L'utilisation généralisée de la pression artérielle est associée à un certain nombre d'avantages. Les moteurs asynchrones sont les plus simples en termes de conception et de fabrication, fiables et les moins chers de tous les types de moteurs électriques. Ils ne disposent pas d'un collecteur de brosses ni d'un collecteur de courant coulissant, ce qui, en plus d'une fiabilité élevée, garantit des coûts d'exploitation minimaux. Selon le nombre de phases d'alimentation, on distingue les moteurs asynchrones triphasés et monophasés. Un moteur asynchrone triphasé peut, dans certaines conditions, remplir ses fonctions avec succès même s’il est alimenté par un réseau monophasé. HELL est largement utilisé non seulement dans l'industrie, la construction, l'agriculture, mais aussi dans le secteur privé, dans la vie quotidienne, dans les ateliers à domicile, dans les parcelles de jardin. Les moteurs asynchrones monophasés entraînent des machines à laver, des ventilateurs, des petites machines à bois, des outils électriques et des pompes d'alimentation en eau. Le plus souvent, la pression artérielle triphasée est utilisée pour réparer ou créer des mécanismes et des dispositifs de fabrication industrielle ou de conception industrielle. Et le concepteur peut disposer d'un réseau monophasé et triphasé. Il y a des problèmes de calcul de puissance et de choix d'un moteur pour tel ou tel cas, choisir le circuit de commande le plus rationnel d'un moteur asynchrone, calculer des condensateurs assurant le fonctionnement d'un moteur asynchrone triphasé en mode monophasé, sélectionner une section et le type de fils, des dispositifs de commande et de protection. Ce type de problèmes pratiques est consacré au livre proposé au lecteur. Le livre fournit également une description du dispositif et du principe de fonctionnement d'un moteur asynchrone, les rapports de conception de base des moteurs en mode triphasé et monophasé.

Dispositif et principe de fonctionnement de moteurs électriques asynchrones

1. Moteur asynchrone triphasé

Le moteur asynchrone triphasé traditionnel (AD), qui assure un mouvement de rotation, est une machine électrique composée de deux parties principales: un stator fixe et un rotor tournant sur l'arbre du moteur. Le stator du moteur consiste en un cadre dans lequel est inséré un noyau de stator électromagnétique, comprenant un noyau magnétique et un enroulement de stator réparti triphasé. Le but du noyau est de magnétiser une machine ou de créer un champ magnétique tournant. Le noyau magnétique du stator est constitué de tôles (de 0,28 à 1 mm) isolées les unes des autres, estampées dans un acier électrique spécial. Dans les feuilles, il y a une zone dentée et un joug (Fig. 1.a). Les feuilles sont assemblées et fixées de manière à ce que les dents et les rainures du stator soient formées dans le noyau magnétique (Fig. 1.b). Le circuit magnétique est une petite résistance magnétique pour le flux magnétique généré par l'enroulement du stator et, en raison du phénomène de magnétisation, ce flux augmente.

Fig. 1 noyau d'aimant de stator

Un enroulement de stator triphasé réparti est placé dans les rainures du circuit magnétique. Le bobinage dans le cas le plus simple consiste en des bobines triphasées dont les axes sont décalés de 120 ° dans l'espace les uns des autres. Les bobines de phase sont interconnectées par une étoile ou un triangle (Fig. 2).

Fig 2. Schémas de connexion des enroulements de phase d'un moteur asynchrone triphasé en étoile et en triangle

Des informations plus détaillées sur les schémas de connexion et les symboles pour les débuts et les extrémités des enroulements sont présentées ci-dessous. Le rotor du moteur est constitué d’un noyau magnétique, également assemblé à partir de tôles d’acier estampées, dans lequel sont creusées des gorges dans lesquelles se trouve l’enroulement du rotor. Il existe deux types d'enroulements de rotor: en phase et en court-circuit. L'enroulement de phase est similaire à l'enroulement de stator, connecté en étoile. Les extrémités de l'enroulement du rotor sont connectées ensemble et isolées, et le début est attaché aux bagues de contact situées sur l'arbre du moteur. Des bagues fixes sont superposées sur les bagues collectrices, isolées les unes des autres et de l'arbre du moteur et tournant conjointement avec le rotor, auquel des circuits externes sont raccordés. Cela permet, en modifiant la résistance du rotor, de réguler la vitesse de rotation du moteur et de limiter les courants de démarrage. Le type d'enroulement court-circuité le plus utilisé est celui des "cellules d'écureuil". L'enroulement du rotor des gros moteurs comprend des tiges en laiton ou en cuivre, qui sont enfoncées dans les gorges, et des bagues à extrémité courte sont installées le long des extrémités, auxquelles les tiges sont soudées ou soudées. Pour les BP série à faible et moyenne puissance, l’enroulement du rotor est fabriqué par moulage sous pression d’un alliage d’aluminium. En même temps, des baguettes 2 et des bagues de court-circuit 4 avec des ailes de ventilateur sont moulées simultanément dans le boîtier du rotor 1 pour améliorer les conditions de refroidissement du moteur, puis le boîtier est pressé sur l'arbre 3. (Fig. 3). Dans la section réalisée sur cette figure, les profils des gorges, des dents et des tiges de rotor sont visibles.

Fig. 3. Moteur asynchrone à rotor avec enroulement en court-circuit

Une vue générale d'une série de moteurs asynchrones 4A est présentée à la Fig. 4 [2]. Le rotor 5 est pressé sur l'arbre 2 et monté sur les paliers 1 et 11 dans l'alésage du stator dans les blindages de palier 3 et 9, qui sont fixés aux extrémités du stator 6 des deux côtés. Fixez la charge à l'extrémité libre de l'arbre 2. À l’autre extrémité de l’arbre, le ventilateur 10 est renforcé (le moteur de la version fermée soufflée), qui est fermé par un capuchon 12. Le ventilateur assure un dégagement de chaleur plus intense du moteur afin d’atteindre la capacité de charge correspondante. Pour un meilleur transfert de chaleur, le lit est moulé avec des nervures 13 sur presque toute la surface du lit. Le stator et le rotor sont séparés par un intervalle d'air qui varie de 0,2 à 0,5 mm pour les machines de faible puissance. Pour attacher le moteur aux fondations, au cadre ou directement au mécanisme mis en mouvement sur le cadre, des pattes 14 avec des trous de montage sont fournies. Des moteurs à brides sont également disponibles. Dans de telles machines, sur l'un des supports de palier (généralement du côté de l'arbre), une bride est utilisée pour connecter le moteur au mécanisme de travail.

Fig. 4. Vue générale du moteur asynchrone série 4A

Des moteurs ayant à la fois des pattes et une bride sont également produits. Les dimensions d'installation des moteurs (la distance entre les trous sur les jambes ou les brides), ainsi que leurs hauteurs d'axe de rotation, sont normalisées. La hauteur de l'axe de rotation est la distance entre le plan sur lequel se trouve le moteur et l'axe de rotation de l'arbre du rotor. Les hauteurs des axes de rotation de moteurs de petite puissance: 50, 56, 63, 71, 80, 90, 100 mm.

2. Le principe de fonctionnement des moteurs asynchrones triphasés

Il a été noté ci-dessus que l'enroulement triphasé du stator sert à magnétiser la machine ou à créer un champ magnétique rotatif du moteur. Le principe du moteur à induction repose sur la loi de l'induction électromagnétique. Le champ magnétique tournant du stator coupe les conducteurs de l'enroulement du rotor court-circuité, ce qui induit dans ce dernier une force électromotrice provoquant la circulation d'un courant alternatif dans l'enroulement du rotor. Le courant du rotor crée son propre champ magnétique, son interaction avec le champ magnétique tournant du stator entraîne la rotation du rotor après les champs. L'idée du fonctionnement du moteur asynchrone est illustrée plus clairement par l'expérience simple démontrée par l'académicien français Arago au XVIIIe siècle (Fig. 5). Si l'aimant en forme de fer à cheval tourne à une vitesse constante près d'un disque en métal situé librement sur l'axe, le disque commencera à tourner après l'aimant à une certaine vitesse inférieure à la vitesse de rotation de l'aimant.

Fig. 5. Expérience Arago, expliquant le principe du moteur asynchrone

Ce phénomène s’explique par la loi de l’induction électromagnétique. Lorsque les pôles magnétiques se déplacent près de la surface du disque, une force électromotrice est induite dans les contours situés sous le pôle et des courants apparaissent, créant un champ magnétique du disque. Un lecteur qui a du mal à imaginer des contours conducteurs dans un disque solide peut représenter un disque sous la forme d’une roue avec de nombreux rayons conducteurs reliés par une jante et un manchon. Deux rayons, ainsi que les segments de la jante et des bagues les reliant, constituent un contour élémentaire. Le champ du disque est couplé au champ des pôles d'un aimant permanent en rotation et le disque est entraîné par son propre champ magnétique. Évidemment, la plus grande force électromotrice sera induite dans les contours du disque lorsque celui-ci est immobile, et inversement, la plus petite lorsqu'elle est proche de la vitesse de rotation du disque. En ce qui concerne un véritable moteur asynchrone, nous notons que l’enroulement de rotor court-circuité peut être assimilé à un disque et l’enroulement de stator à noyau magnétique - à un aimant rotatif. Cependant, la rotation du champ magnétique dans le stator fixe a est due à un système triphasé de courants qui circulent dans un enroulement triphasé avec un déphasage spatial.

Dispositif, principe d'action du moteur asynchrone

Un moteur asynchrone est une machine à courant alternatif. Le mot "asynchrone" signifie non simultané. Dans ce cas, on entend que dans les moteurs asynchrones, la fréquence de rotation du champ magnétique diffère de la fréquence de rotation du rotor. Les pièces principales de la machine sont le stator et le rotor, séparés l'un de l'autre par un intervalle d'air uniforme.

Fig.1. Moteurs Asynchrones

Le stator est une partie fixe de la machine (Fig. 1, a). Afin de réduire les pertes par courants de Foucault, son noyau est assemblé à partir de tôles d'acier électro-pressées d'une épaisseur comprise entre 0,35 et 0,5 mm, isolées les unes des autres par une couche de vernis. Un enroulement est posé dans les fentes du circuit magnétique du stator. Dans les moteurs triphasés, le bobinage est triphasé. Les phases de l'enroulement peuvent être connectées en étoile ou en triangle, en fonction de la magnitude de la tension du réseau.

Le rotor est une partie tournante du moteur. Le noyau magnétique du rotor est un cylindre constitué de tôles embouties en acier électrique (Fig. 1, b. C). Dans les fentes du rotor est placé enroulement, selon le type d'enroulement, les rotors des moteurs asynchrones sont divisés en court-circuités et en phase (avec bagues collectrices). Un enroulement court-circuité est constitué par des tiges de cuivre ou d’aluminium non isolées (Fig. 1, d) connectées aux extrémités des anneaux du même matériau («cage d’écureuil»).

Au niveau du rotor de phase (voir la figure 1, c), dans les fentes du circuit magnétique, se trouve un enroulement triphasé dont les phases sont connectées par une étoile. Les extrémités libres des phases de l'enroulement sont reliées à trois bagues collectrices en cuivre montées sur l'arbre du moteur. Les bagues sont isolées les unes des autres et de l’arbre. Aux anneaux pressés des brosses en carbone ou en cuivre-graphite. Grâce aux bagues de contact et aux balais dans le bobinage du rotor, vous pouvez activer un rhéostat de démarrage et de réglage triphasé.

La conversion de l'énergie électrique en énergie mécanique dans un moteur asynchrone est réalisée au moyen d'un champ magnétique tournant. Un champ magnétique tournant est un flux constant, tournant dans l'espace avec une vitesse angulaire constante.

Les conditions nécessaires à l'excitation d'un champ magnétique tournant sont les suivantes:

- décalage spatial des axes des bobines de stator,

- décalage temporel des courants dans les bobines de stator.

La première exigence est satisfaite par l'emplacement approprié des bobines d'aimantation sur le noyau magnétique du stator. L'axe de phase de l'enroulement est décalé dans l'espace d'un angle de 120º. La deuxième condition est assurée par l'alimentation des bobines de stator d'un système de tension triphasé.

Lorsque le moteur est mis en marche dans un réseau triphasé, un système de courants de même fréquence et de même amplitude est établi dans l'enroulement du stator, dont les changements périodiques sont effectués les uns par rapport aux autres avec un retard d'un tiers de la période.

Les courants des phases de l'enroulement créent un champ magnétique en rotation par rapport au stator avec une fréquence n1. tr / min, qui s'appelle la vitesse du moteur synchrone:

où f1 - fréquence du secteur, Hz;

p est le nombre de paires de pôles du champ magnétique.

Avec la fréquence de courant de réseau standard Hz, la fréquence de rotation de champ selon la formule (1) et en fonction du nombre de paires de pôles a les valeurs suivantes:

En rotation, le champ croise les conducteurs des enroulements du rotor, induisant une emf en eux. Lorsque l'enroulement du rotor est fermé, le champ électromagnétique crée des courants; lors de l'interaction avec un champ magnétique tournant, un moment électromagnétique tournant se produit. La fréquence de rotation du rotor en mode moteur de la machine asynchrone est toujours inférieure à la fréquence de rotation du champ, c'est-à-dire le rotor est en retard sur le champ tournant. Ce n'est que dans cette condition que les CEM induits dans les conducteurs du rotor, le courant circule et un couple est créé. Le phénomène de décalage du rotor dû au champ magnétique est appelé glissement. Le degré de retard du rotor par rapport au champ magnétique est caractérisé par l’ampleur du glissement relatif

où n2 - vitesse du rotor, tours par minute

Pour les moteurs asynchrones, le glissement peut varier de 1 (démarrage) à une valeur proche de 0 (inactif).

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Moteur asynchrone - principe de fonctionnement et dispositif

Le 8 mars 1889, le plus grand scientifique et ingénieur russe Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky a inventé un moteur asynchrone triphasé avec rotor en court-circuit.

Les moteurs asynchrones triphasés modernes sont des convertisseurs d'énergie électrique en énergie mécanique. En raison de leur simplicité, de leur faible coût et de leur grande fiabilité, les moteurs à induction sont largement utilisés. Ils sont présents partout, c'est le type de moteur le plus répandu, ils sont produits à 90% du nombre total de moteurs dans le monde. Le moteur asynchrone a véritablement révolutionné le secteur mondial.

L'énorme popularité des moteurs asynchrones est liée à la simplicité de leur fonctionnement, à leur faible coût et à leur fiabilité.

Un moteur asynchrone est une machine asynchrone conçue pour convertir l'énergie électrique alternative en énergie mécanique. Le mot asynchrone lui-même ne signifie pas simultané. Dans ce cas, cela signifie qu'avec les moteurs asynchrones, la fréquence de rotation du champ magnétique du stator est toujours supérieure à la fréquence de rotation du rotor. Les moteurs asynchrones fonctionnent, comme cela ressort clairement de la définition, à partir d'un réseau alternatif.

Appareil

Sur la photo: 1 arbre, roulements 2,6, 3,8, carters de palier, 4 pieds, 5 boîtiers de ventilateur, 7 - roue de ventilateur, 9 - rotor à cage d 'écureuil, 10 - stator, 11 - boîte à bornes.

Les pièces principales du moteur à induction sont le stator (10) et le rotor (9).

Le stator a une forme cylindrique et est fabriqué à partir de tôles d'acier. Dans les fentes du noyau de stator, il y a des enroulements de stator en fil de bobinage. Les axes des enroulements sont décalés dans l'espace les uns par rapport aux autres selon un angle de 120 °. En fonction de la tension fournie, les extrémités des enroulements sont reliées par un triangle ou une étoile.

Les rotors d’un moteur à induction sont de deux types: un rotor en court-circuit et un rotor en phase.

Un rotor court-circuité est un noyau constitué de tôles d'acier. L'aluminium en fusion est coulé dans les rainures de ce noyau, ce qui entraîne la formation de tiges court-circuitées avec des bagues d'extrémité. Cette conception est appelée "cage d'écureuil". Dans les moteurs à haute puissance, le cuivre peut être utilisé à la place de l'aluminium. La cage d'écureuil est un enroulement de rotor court-circuité, d'où son nom.

Le rotor à phase comporte un enroulement triphasé qui ne diffère pratiquement pas de celui du stator. Dans la plupart des cas, les extrémités des enroulements du rotor de phase sont connectées en étoile et les extrémités libres sont alimentées par des bagues collectrices. À l’aide de brosses connectées aux anneaux, une résistance supplémentaire peut être insérée dans le circuit d’enroulement du rotor. Cela est nécessaire pour pouvoir modifier la résistance dans le circuit du rotor, car cela permet de réduire les courants d'appel importants. Pour en savoir plus sur le rotor de phase, consultez l'article - Moteur asynchrone à rotor de phase.

Principe de fonctionnement

Lorsque la tension est appliquée à l'enroulement du stator, un flux magnétique est créé dans chaque phase, qui varie avec la fréquence de la tension appliquée. Ces flux magnétiques sont décalés les uns par rapport aux autres de 120 °. à la fois dans le temps et dans l'espace. Le flux magnétique résultant est donc en rotation.

Le flux magnétique résultant du stator tourne et crée ainsi une force électromotrice dans les conducteurs du rotor. Le bobinage du rotor ayant un circuit électrique fermé, il se crée un courant qui, en interaction avec le flux magnétique du stator, crée un couple de démarrage du moteur, tendant à faire tourner le rotor dans le sens de rotation du champ magnétique du stator. Lorsqu'il atteint la valeur, le couple de freinage du rotor, puis le dépasse, le rotor commence à tourner. Lorsque cela se produit, le soi-disant glissement.

Diapositives est une quantité qui indique comment la fréquence synchrone n1 le champ magnétique du stator est supérieur à la vitesse du rotor n2. en pourcentage.

Le glissement est une quantité extrêmement importante. Au moment initial, il est égal à l'unité, mais jusqu'à la fréquence de rotation n2 différence de fréquence relative du rotor n1 -n2 devient plus petit, ce qui entraîne une diminution de la FEM et du courant dans les conducteurs du rotor, ce qui entraîne une réduction du couple. En mode de ralenti, lorsque le moteur tourne sans charge sur l’arbre, le glissement est minimal, mais avec une augmentation du moment statique, il augmente jusqu’à scr - glissement critique. Si le moteur dépasse cette valeur, le basculement du moteur peut survenir et entraîner un fonctionnement instable. Les valeurs de glissement vont de 0 à 1; pour les moteurs asynchrones à usage général, il est en mode nominal - 1 - 8%.

Dès que l'équilibre entre le moment électromagnétique provoquant la rotation du rotor et le moment de freinage créé par la charge sur l'arbre du moteur, le processus de modification des valeurs s'arrête.

Il s'avère que le principe de fonctionnement d'un moteur asynchrone consiste en l'interaction du champ magnétique tournant du stator et des courants induits par ce champ magnétique dans le rotor. De plus, le couple ne peut se produire que s'il existe une différence de fréquence de rotation des champs magnétiques.

Moteur asynchrone - principe de fonctionnement et dispositif

Le 8 mars 1889, le plus grand scientifique et ingénieur russe Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky a inventé un moteur asynchrone triphasé avec rotor en court-circuit.

Les moteurs asynchrones triphasés modernes sont des convertisseurs d'énergie électrique en énergie mécanique. En raison de leur simplicité, de leur faible coût et de leur grande fiabilité, les moteurs à induction sont largement utilisés. Ils sont présents partout, c'est le type de moteur le plus répandu, ils sont produits à 90% du nombre total de moteurs dans le monde. Le moteur asynchrone a véritablement révolutionné le secteur mondial.

L'énorme popularité des moteurs asynchrones est liée à la simplicité de leur fonctionnement, à leur faible coût et à leur fiabilité.

Un moteur asynchrone est une machine asynchrone conçue pour convertir l'énergie électrique alternative en énergie mécanique. Le mot asynchrone lui-même ne signifie pas simultané. Dans ce cas, cela signifie qu'avec les moteurs asynchrones, la fréquence de rotation du champ magnétique du stator est toujours supérieure à la fréquence de rotation du rotor. Les moteurs asynchrones fonctionnent, comme cela ressort clairement de la définition, à partir d'un réseau alternatif.

Appareil

Sur la photo: 1 arbre, roulements 2,6, 3,8, carters de palier, 4 pieds, 5 boîtiers de ventilateur, 7 - roue de ventilateur, 9 - rotor à cage d 'écurie, 10 - stator, 11 - boîte à bornes.

Les pièces principales du moteur à induction sont le stator (10) et le rotor (9).

Le stator a une forme cylindrique et est fabriqué à partir de tôles d'acier. Dans les fentes du noyau de stator, il y a des enroulements de stator en fil de bobinage. Les axes des enroulements sont décalés dans l'espace les uns par rapport aux autres selon un angle de 120 °. En fonction de la tension fournie, les extrémités des enroulements sont reliées par un triangle ou une étoile.

Les rotors d’un moteur à induction sont de deux types: un rotor en court-circuit et un rotor en phase.

Un rotor court-circuité est un noyau constitué de tôles d'acier. L'aluminium en fusion est coulé dans les rainures de ce noyau, ce qui entraîne la formation de tiges court-circuitées avec des bagues d'extrémité. Cette conception est appelée "cage d'écureuil". Dans les moteurs à haute puissance, le cuivre peut être utilisé à la place de l'aluminium. La cage d'écureuil est un enroulement de rotor court-circuité, d'où son nom.

Le rotor à phase comporte un enroulement triphasé qui ne diffère pratiquement pas de celui du stator. Dans la plupart des cas, les extrémités des enroulements du rotor de phase sont connectées en étoile et les extrémités libres sont alimentées par des bagues collectrices. À l’aide de brosses connectées aux anneaux, une résistance supplémentaire peut être insérée dans le circuit d’enroulement du rotor. Cela est nécessaire pour pouvoir modifier la résistance dans le circuit du rotor, car cela permet de réduire les courants d'appel importants. Pour en savoir plus sur le rotor de phase, consultez l'article - Moteur asynchrone à rotor de phase.

Principe de fonctionnement

Lorsque la tension est appliquée à l'enroulement du stator, un flux magnétique est créé dans chaque phase, qui varie avec la fréquence de la tension appliquée. Ces flux magnétiques sont décalés les uns par rapport aux autres de 120 °, à la fois dans le temps et dans l'espace. Le flux magnétique résultant est donc en rotation.

Le flux magnétique résultant du stator tourne et crée ainsi une force électromotrice dans les conducteurs du rotor. Le bobinage du rotor ayant un circuit électrique fermé, il se crée un courant qui, en interaction avec le flux magnétique du stator, crée un couple de démarrage du moteur, tendant à faire tourner le rotor dans le sens de rotation du champ magnétique du stator. Lorsqu'il atteint la valeur, le couple de freinage du rotor, puis le dépasse, le rotor commence à tourner. Lorsque cela se produit, le soi-disant glissement.

Slip s est une quantité qui indique comment la fréquence synchrone n1 le champ magnétique du stator est supérieur à la vitesse du rotor n2, en pourcentage.

Le glissement est une quantité extrêmement importante. Au moment initial, il est égal à l'unité, mais jusqu'à la fréquence de rotation n2 différence de fréquence relative du rotor n1-n2 devient plus petit, ce qui entraîne une diminution de la FEM et du courant dans les conducteurs du rotor, ce qui entraîne une réduction du couple. En mode de ralenti, lorsque le moteur tourne sans charge sur l’arbre, le glissement est minimal, mais avec une augmentation du moment statique, il augmente jusqu’à scr - glissement critique. Si le moteur dépasse cette valeur, le basculement du moteur peut survenir et entraîner un fonctionnement instable. Les valeurs de glissement vont de 0 à 1; pour les moteurs asynchrones à usage général, il est en mode nominal - 1 - 8%.

Dès que l'équilibre entre le moment électromagnétique provoquant la rotation du rotor et le moment de freinage créé par la charge sur l'arbre du moteur, le processus de modification des valeurs s'arrête.

Il s'avère que le principe de fonctionnement d'un moteur asynchrone consiste en l'interaction du champ magnétique tournant du stator et des courants induits par ce champ magnétique dans le rotor. De plus, le couple ne peut se produire que s'il existe une différence de fréquence de rotation des champs magnétiques.

Moteur asynchrone: principe de fonctionnement, appareil et types

La production industrielle moderne, en tant que système en constante évolution, nécessite l’utilisation de solutions techniques nouvelles et innovantes pour résoudre divers problèmes. Dans le même temps, de nombreux fabricants utilisent encore des machines-outils, des machines et divers mécanismes d'anciens moteurs asynchrones fiables.

Parmi les machines utilisées dans la production de systèmes électroniques et de machines électriques, un moteur asynchrone occupe une place particulière. Il s’agit d’une machine électrique dotée d’une unité de commande électronique qui utilise le courant alternatif pour convertir l’énergie électrique en énergie mécanique.

Une description plus détaillée de ce concept repose sur le principe de l’utilisation d’un champ magnétique pour créer un mouvement de rotation - le stator crée un champ magnétique dont la fréquence est légèrement supérieure à celle du champ magnétique d’un rotor en rotation.

Le champ magnétique fait tourner le rotor, alors que sa vitesse de rotation est légèrement inférieure à la modification du champ magnétique du stator, il tente de rattraper le champ formé par le stator.

Les moteurs de ce principe sont les types les plus courants de machines électriques - il s'agit du type de conversion de l'énergie électrique du courant alternatif le plus simple et le plus économique en énergie mécanique de rotation.

Comme la plupart des mécanismes techniquement complexes, ces moteurs ont de nombreux côtés positifs, dont le principal est l’absence de contact électrique entre les pièces mobiles et fixes de la machine.

C'est l'avantage du fonctionnement asynchrone et fondamental lors du choix des modèles de moteurs lors du développement de la conception: l'absence de collecteur et de balais, le contact entre le stator et le rotor augmentent considérablement la fiabilité et réduisent les coûts de production de ces moteurs.

Cependant, il convient de noter que cette règle n'est valable que pour l'un des types (bien que la forme la plus courante) - les moteurs avec un rotor à cage d'écureuil.

Description du schéma

Le fonctionnement d'un moteur asynchrone conçu pour une alimentation en courant alternatif classique peut être décrit par le schéma suivant:

  1. Un courant électrique alternatif de chaque phase est fourni aux enroulements du stator du moteur (si le moteur est triphasé, si le courant est monophasé, les autres enroulements sont activés en incluant des condensateurs de démarrage dans le circuit, qui jouent le rôle d'imitation d'un réseau triphasé).
  2. En raison de l’alimentation en tension, un champ électrique est créé dans chacun des enroulements avec une fréquence de tension. Comme ils sont déplacés de 120 degrés les uns par rapport aux autres, l’alimentation est déplacée à la fois dans le temps (même négligeable) et dans l’espace (également suffisamment petit. ).
  3. Le flux magnétique rotatif résultant du stator avec sa force crée une force électromotrice dans le rotor, ou plutôt dans ses conducteurs.
  4. Le flux magnétique créé dans le stator, en interaction avec le champ magnétique du rotor, crée un moment de départ - le champ magnétique a tendance à tourner dans la direction du champ magnétique du stator.
  5. Le champ magnétique augmente progressivement et dépasse le soi-disant couple de freinage, fait tourner le rotor.

Appareil

La construction de l'unité peut être illustrée plus clairement par l'exemple d'un moteur asynchrone à rotor court-circuité. Le deuxième type de moteurs électriques a une conception légèrement différente, car ils utilisent un réseau industriel de 380 volts.

Les composants principaux d'une telle machine électrique sont le stator et le rotor, qui ne sont pas en contact et ont un entrefer. Cette conception des pièces principales est due au fait que la composition des deux pièces principales du moteur comprend les parties dites actives - constituées d’un enroulement d’excitation à conducteur métallique.

Chaque partie a ses propres enroulements de stator et de rotor et un noyau en acier - noyau magnétique, respectivement. Ce sont les pièces principales du moteur électrique qui sont fondamentalement nécessaires au fonctionnement de la machine. Toutes les autres pièces - le logement, les roulements, l’arbre, le ventilateur - sont structurellement nécessaires mais n’affectent absolument pas le principe de fonctionnement du dispositif.

Ils jouent un rôle important à de nombreux égards, par exemple les roulements, offrent la possibilité d’un fonctionnement fluide, le boîtier protège des chocs des pièces mécaniques principales, le ventilateur fournit l’air au moteur et la chaleur générée pendant le fonctionnement, mais n’affecte pas le principe de conversion de l’énergie électrique en énergie mécanique.

Ainsi, les parties principales d’un moteur électrique asynchrone, comme une machine électrique, sont les suivantes:

  1. Le stator est l'élément principal d'un moteur électrique, constitué d'un enroulement triphasé (ou multiphasé). Une caractéristique spécifique de l'enroulement est un ordre spécifique des spires - les conducteurs sont placés uniformément dans des rainures faisant un angle de 120 degrés sur toute la circonférence.
  2. Le rotor est le deuxième élément principal de l'unité, qui est un noyau cylindrique avec des fentes remplies d'aluminium. Une telle conception s'appelle une «cage d'écureuil» ou un type de rotor court-circuité en raison de sa particularité. Dans celui-ci, les tiges de cuivre sont fermées aux extrémités par un anneau des deux côtés du cylindre.

Les enroulements triphasés, et un par construction pour chaque phase, sont connectés comme des enroulements de stator avec une étoile ou un triangle, et les extrémités de ces enroulements sont délivrées à des bagues collectrices qui tournent sur l'arbre. Ce type de moteur électrique a une grande puissance et est déjà utilisé dans les machines industrielles.

Champ d'application

Compte tenu des caractéristiques de conception et de la facilité de fabrication, ces moteurs électriques ont principalement trouvé leur utilité dans les machines et mécanismes nécessitant peu d’efforts et de puissance pendant le fonctionnement.

Fondamentalement, ces moteurs sont installés sur presque tous les appareils ménagers:

  • hachoirs à viande;
  • sèche-cheveux;
  • mélangeurs électriques;
  • ventilateurs domestiques;
  • petites machines domestiques de faible puissance;

Les moteurs asynchrones triphasés ont une puissance différente, allant de 150 W à plusieurs kilowatts, et sont principalement utilisés dans l'industrie en tant que moteurs de machines et de mécanismes.

L'utilisation de ce type de moteurs est acceptable du point de vue du rapport puissance / performances, de plus, ainsi que la simplicité de leur montage, de tels moteurs n'exigent pas beaucoup d'entretien et une maintenance minutieuse, en particulier pour les types de boîtiers spécialement conçus pour fonctionner dans des conditions de fabrication difficiles.

Compte tenu des diverses tâches de conception auxquelles sont confrontées les machines et les mécanismes développés dans la fabrication industrielle en série, les moteurs électriques linéaires asynchrones des quatre principaux types ont été appliqués:

Moteurs monophasés

Avec rotor à cage d'écureuil.