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HISTOIRE DE LA TECHNOLOGIE, TECHNOLOGIE, OBJETS AUTOUR DE NOUS
Moteur électrique. Histoire de l'invention et de la production
Annuaire / L'histoire de la technologie, de la technologie, des objets qui nous entourent Un moteur électrique est une machine électrique (convertisseur électromécanique) dans laquelle l'énergie électrique est convertie en énergie mécanique, avec comme effet secondaire un dégagement de chaleur.
La plus grande réussite technique de la fin du XNUMXe siècle a été l'invention du moteur électrique industriel. Ce moteur compact, économique et pratique est rapidement devenu l'un des éléments les plus importants de la production, déplaçant d'autres types de moteurs là où le courant électrique pouvait être fourni. Les gros inconvénients de l'ancienne machine à vapeur ont toujours été son faible rendement, ainsi que la difficulté à transférer et à "écraser" l'énergie reçue. Habituellement, une grande machine desservait plusieurs dizaines de machines. Le mouvement qui en résultait était apporté mécaniquement à chaque lieu de travail à l'aide de poulies et de courroies sans fin. Dans ce cas, d'énormes pertes d'énergie injustifiées se sont produites. L'entraînement électrique n'avait pas ces défauts : il avait un rendement élevé, car le mouvement de rotation pouvait être directement obtenu à partir de son arbre (alors que dans une machine à vapeur, il était converti à partir d'un mouvement alternatif), et il était beaucoup plus facile d'"écraser" l'énergie électrique. Dans le même temps, les pertes se sont avérées minimes et la productivité du travail a augmenté. De plus, avec l'introduction des moteurs électriques, pour la première fois, il est devenu possible non seulement de fournir à n'importe quelle machine son propre moteur, mais également de mettre un entraînement séparé sur chacun de ses nœuds. Les moteurs électriques sont apparus dans le deuxième quart du XIXe siècle, mais plusieurs décennies se sont écoulées avant que des conditions favorables ne soient créées pour leur introduction généralisée dans la production. L'un des premiers moteurs électriques parfaits alimentés par une batterie à courant continu a été créé en 1834 par l'ingénieur électricien russe Jacobi. Ce moteur avait deux groupes d'électroaimants en forme de U, dont un groupe (quatre électroaimants en forme de U) était situé sur un châssis fixe. Leurs pièces polaires étaient disposées de manière asymétrique - allongées dans une direction. L'arbre du moteur était constitué de deux disques de laiton parallèles reliés par quatre électroaimants placés à égale distance l'un de l'autre.
Lorsque l'arbre tournait, les électroaimants mobiles passaient contre les pôles des fixes. Dans ce dernier, les polarités allaient alternativement : soit positives, soit négatives. Aux électroaimants du disque tournant partaient des conducteurs montés sur l'arbre de la machine. Un commutateur était monté sur l'arbre du moteur, ce qui modifiait le sens du courant dans les électroaimants en mouvement à chaque quart de la révolution de l'arbre. Les enroulements de tous les électroaimants du châssis fixe étaient connectés en série et circulaient autour du courant de la batterie dans une direction. Les enroulements des électroaimants du disque rotatif étaient également connectés en série, mais la direction du courant dans ceux-ci changeait huit fois par tour de l'arbre. Par conséquent, la polarité de ces électroaimants changeait également huit fois dans un tour de l'arbre, et ces électroaimants étaient alternativement attirés et repoussés par les électroaimants du bâti fixe.
Supposons que les électroaimants mobiles occupent une position dans laquelle en face de chaque pôle des aimants fixes se trouve le même pôle de l'aimant mobile ; en même temps, chaque électroaimant stationnaire repoussera l'aimant opposé du tambour et attirera celui qui se trouve à proximité avec le pôle opposé. Si les pôles des aimants fixes n'étaient pas dissymétriques, un tel dispositif ne pourrait pas fonctionner, puisque l'action des différents aimants s'équilibrerait. Mais en raison de la saillie des pièces polaires des aimants fixes, chacun d'eux attire la rotation la plus proche dans le sens des aiguilles d'une montre plus faible que l'autre, à cause de cela, le premier s'en approche et le dernier s'en éloigne. Après un quart de tour (dans le moteur Jacobi - après un huitième), les pôles opposés seront opposés, mais à ce moment le commutateur change le sens du courant dans les aimants en mouvement, et on aura à nouveau les mêmes pôles vis-à-vis de l'autre, comme au début du mouvement. Il en résulte que les aimants mobiles reçoivent à nouveau une poussée dans le même sens, et ainsi de suite sans fin, tant que le courant reste fermé. Le collecteur était une partie très importante et profondément réfléchie du moteur. Il se composait de quatre anneaux métalliques montés sur l'arbre et isolés de celui-ci; chaque anneau avait quatre encoches qui correspondaient à 1/8 de la circonférence. Les découpes étaient remplies de doublures en bois isolantes; chaque anneau était décalé de 45 degrés par rapport au précédent. Un levier, qui était une sorte de brosse, glissait le long de la circonférence de l'anneau ; l'autre extrémité du levier était immergée dans un récipient approprié contenant du mercure, auquel étaient connectés les conducteurs de la batterie (les composés de mercure étaient les dispositifs de contact les plus courants à l'époque). Les disques montés sur l'arbre du moteur tournaient avec lui. Des leviers métalliques glissèrent le long du bord du disque, qui, tombant sur la partie non conductrice du disque, interrompit le circuit électrique, et au contact du métal, le ferma. La disposition des disques était telle qu'au moment où les pôles opposés se rencontraient, les leviers de contact traversaient la face bois-métal et changeaient ainsi le sens d'enroulement des électroaimants. Ainsi, à chaque tour d'anneau, le circuit électrique était coupé quatre fois. Comme nous l'avons déjà noté, le moteur Jacobi était à l'époque l'appareil électrique le plus avancé. La même année 1834, un rapport détaillé sur les principes de son travail est présenté à l'Académie des sciences de Paris. En 1838, Jacobi améliora son moteur électrique et, après l'avoir installé sur un bateau à rames, avec dix satellites fit un petit voyage le long de la Neva à une vitesse de 4 km/h. Une puissante batterie de cellules galvaniques servait de source de courant. Il est clair, cependant, que toutes ces expériences étaient de nature purement démonstrative - jusqu'à ce qu'un générateur électrique parfait soit inventé et mis en production, les moteurs électriques ne pouvaient pas être largement utilisés, car il était trop coûteux et peu rentable de les alimenter à partir d'une batterie. De plus, pour diverses raisons, dont nous parlerons dans les chapitres suivants, les moteurs à courant continu n'ont reçu qu'un usage limité. Un rôle beaucoup plus important dans la production est joué par les moteurs électriques fonctionnant au courant alternatif, vers lesquels nous nous tournons maintenant. La force et la direction du courant alternatif, comme nous nous en souvenons, ne sont pas constantes. Sa force augmente d'abord de zéro à une valeur maximale et diminue à nouveau jusqu'à zéro, puis le courant change de direction, augmente jusqu'à un maximum négatif et diminue à nouveau jusqu'à zéro. (Le temps nécessaire au courant pour passer d'un maximum positif à un autre est appelé la période d'oscillation du courant.) Ce processus se répète à haute fréquence. (Par exemple, dans un réseau d'éclairage, le courant circule cinquante fois dans un sens et cinquante fois dans le sens opposé en 1 seconde.) Comment ce comportement du courant affectera-t-il le fonctionnement du moteur électrique ? Tout d'abord, il convient de noter que le sens de rotation du moteur électrique ne dépend pas du sens du courant, car lorsque le courant change, la polarité changera non seulement dans l'induit, mais simultanément dans les enroulements, ce qui c'est pourquoi l'attraction et la répulsion continuent d'agir dans le même sens qu'auparavant. Il semble en découler qu'il est complètement indifférent pour le moteur quel type de courant continu ou alternatif - il est alimenté. Cependant, ce n'est pas le cas. Avec l'inversion fréquente de l'aimantation des électroaimants (plusieurs dizaines de fois par seconde), des courants de Foucault apparaissent en eux, qui ralentissent la rotation de l'armature et la chauffent considérablement. La puissance du moteur électrique est fortement réduite et finit par tomber en panne. Pour le courant alternatif, une conception de moteur spéciale est nécessaire. Les inventeurs n'ont pas été immédiatement en mesure de le trouver. Tout d'abord, un modèle de moteur à courant alternatif dit synchrone a été développé. L'un des premiers moteurs de ce type a été construit en 1841 par Charles Wheatstone. Supposons que la partie fixe du moteur (stator) soit réalisée sous la forme d'un électroaimant en forme de couronne à huit pôles, dont les pôles alternés sont désignés par leur polarité par les lettres N et S. Une armature (ou rotor) tourne entre eux sous la forme d'une roue en forme d'étoile, dont huit rayons sont des aimants permanents. Leurs pôles fixes seront désignés par les lettres n et s. Supposons qu'un courant alternatif traverse un électroaimant. Ensuite, les extrémités des noyaux de l'électroaimant changeront alternativement de polarité. Imaginez qu'à un certain point en face de chaque pôle de l'électroaimant du stator se trouve un pôle du rotor du même nom. Poussons la roue et indiquons-lui une vitesse telle à laquelle chaque rayon n parcourra la distance entre deux noyaux adjacents N et S dans un intervalle de temps égal à celui pendant lequel ces noyaux gardent leur polarité inchangée, c'est-à-dire dans une période de temps égal à la moitié de la période du courant alternatif qui alimente les électroaimants. Dans de telles conditions, pendant tout le mouvement du rayon du noyau N au noyau S, tous les noyaux seront réaimantés, c'est pourquoi, avec son mouvement ultérieur, le rayon subira à nouveau une répulsion du noyau laissé derrière lui et une attraction du noyau auquel il s'approche.
Le moteur synchrone fonctionnant sur ce principe se composait d'un aimant multipolaire en forme d'anneau, dont la polarité changeait sous l'influence du courant alternatif, et d'un électroaimant permanent en forme d'étoile, qui était monté sur un arbre et tournait de la manière décrite au dessus. Pour exciter cet électroaimant permanent, il fallait un courant continu, qui était converti au moyen d'un commutateur à partir d'une variable de travail. Le collecteur avait une autre fonction : il servait à démarrer le moteur, car pour maintenir la rotation du rotor d'un moteur synchrone, il fallait rapporter une certaine vitesse initiale. Lorsqu'il est allumé, un courant continu a d'abord été lancé à travers le circuit, grâce auquel le moteur a commencé à fonctionner comme un moteur à courant continu et mis en mouvement. Jusqu'à ce que le moteur atteigne la vitesse requise, le commutateur a inversé le sens des électroaimants en mouvement. Lorsque la vitesse correspondant à la course synchrone a été atteinte, les pôles de l'aimant mobile n'ont pas changé et le moteur a commencé à fonctionner comme un moteur à courant alternatif synchrone.
Le système décrit présentait des inconvénients majeurs, outre le fait que le moteur synchrone nécessitait un moteur d'accélération supplémentaire pour son lancement, il présentait également un autre défaut - en cas de surcharge, le synchronisme de sa course était perturbé, les aimants commençaient à ralentir la rotation de l'arbre et le moteur s'est arrêté. Par conséquent, les moteurs synchrones ne sont pas largement utilisés. La véritable révolution de l'électrotechnique n'a eu lieu qu'après l'invention du moteur asynchrone (ou à induction). L'action d'un moteur à induction ressort clairement de la démonstration suivante, réalisée en 1824 par le célèbre physicien français Argo.
Laissez l'aimant en fer à cheval NS être entraîné à la main en rotation rapide autour de l'axe vertical. Au-dessus des pôles se trouve une plaque de verre supportant la pointe, sur laquelle est monté un cercle de cuivre. Lorsque l'aimant tourne, les courants d'induction induits dans le cercle et le champ magnétique formé par eux interagiront avec l'aimant inférieur, et le cercle commencera à tourner dans le même sens que l'aimant inférieur. Ce phénomène est utilisé dans un moteur asynchrone. Seulement au lieu d'un aimant permanent rotatif, il utilise plusieurs électroaimants fixes qui s'allument, s'éteignent et changent de polarité dans une certaine séquence. Expliquons ce qui a été dit avec l'exemple suivant.
Supposons que I, II, III et IV soient les quatre pôles de deux électroaimants, entre lesquels est placée une flèche métallique. Sous l'influence d'un champ magnétique, il s'aimante et devient le long des lignes du champ magnétique des électroaimants, qui, comme vous le savez, quittent leur pôle nord et pénètrent dans le sud. Les quatre pôles sont situés dans un cercle à la même distance les uns des autres. Tout d'abord, le courant est appliqué à II et III. La flèche reste immobile le long de l'axe médian des lignes de champ magnétique. Ensuite, le courant est fourni au deuxième électroaimant. Dans ce cas, les pôles du même nom seront à proximité. Maintenant, le guide moyen des lignes de force des aimants passera du milieu de la distance entre I et II au milieu entre III et IV, et la flèche tournera de 45 degrés. Nous éteignons le premier électroaimant et ne laissons que les pôles II et IV actifs. Les lignes de force seront dirigées de III à IV, à la suite de quoi la flèche tournera encore de 45 degrés. Nous rallumons à nouveau le premier électroaimant, mais en même temps nous modifions le mouvement du courant, de sorte que la polarité du premier aimant change - la flèche tournera encore de 45 degrés. Après avoir éteint le deuxième électroaimant, la flèche se déplacera encore de 45 degrés, c'est-à-dire qu'elle fera un demi-tour. Il est facile de voir comment l'amener à terminer la seconde moitié du cercle. L'appareil que nous décrivons correspond essentiellement au moteur Bailey, inventé en 1879. Bailey a fabriqué deux électroaimants à quatre pôles croisés, qu'il pouvait magnétiser avec un interrupteur. Au-dessus des poteaux, il installe un cercle de cuivre suspendu à une pointe. En changeant les polarités de l'aimant, en les allumant et en les éteignant, il fit tourner le cercle exactement de la même manière que dans l'expérience d'Argo. L'idée d'un tel moteur est extrêmement intéressante, car contrairement aux moteurs à courant continu ou aux moteurs électriques synchrones, il n'est pas nécessaire de fournir du courant au rotor. Cependant, sous la forme dans laquelle Bailey l'a créé, le moteur à induction ne pouvait pas encore être utilisé: la commutation des électroaimants s'y produisait sous l'action d'un collecteur complexe et, de plus, son rendement était très faible. Mais avant que ce type de moteur électrique n'obtienne le droit à la vie, il ne restait qu'un pas, et il a été franchi après l'avènement de la technique des courants polyphasés. En effet, des courants polyphasés ont été utilisés, principalement dus aux moteurs électriques.
Pour comprendre ce qu'est, par exemple, un courant biphasé, imaginez deux conducteurs indépendants l'un de l'autre, dans lesquels circulent deux courants alternatifs parfaitement identiques. La seule différence entre eux est qu'ils n'atteignent pas leurs maximums en même temps. Ils disent à propos de tels courants qu'ils sont décalés les uns par rapport aux autres en phase, et si ces courants sont fournis à un appareil électrique, ils disent qu'il est alimenté par un courant biphasé. Ainsi, on peut avoir un courant triphasé (si l'appareil est alimenté par trois courants identiques décalés les uns par rapport aux autres en phase), un courant quadriphasé, etc. Pendant longtemps, seul le courant alternatif conventionnel a été utilisé dans la technologie (qui, par analogie avec les courants multiphasés, a commencé à être appelé monophasé). Mais ensuite, il s'est avéré que dans certains cas, les courants multiphasés sont beaucoup plus pratiques que les courants monophasés.
En 1888, le physicien italien Ferraris et l'inventeur yougoslave Tesla (qui a travaillé aux États-Unis) ont découvert le phénomène d'un champ électromagnétique tournant. Son essence était la suivante. Prenez deux bobines, constituées du même nombre de tours de fil isolé, et placez-les mutuellement perpendiculaires de sorte qu'une bobine pénètre dans l'autre. Imaginez maintenant que le courant i1 circule autour de la bobine 1 et que le courant i2 circule autour de la bobine 2, avec i1 en avance sur i2 en phase d'un quart de période. Ceci, comme nous l'avons déjà dit, signifie que le courant i1 atteint un maximum positif au moment où le courant i2 est nul. Si nous coupons mentalement les bobines en deux avec un plan horizontal et les regardons d'en haut, nous verrons des sections des quatre côtés des deux bobines. Plaçons une aiguille magnétique entre eux et observons son mouvement. Les bobines traversées par un courant alternatif sont connues pour être des électroaimants. Leur champ magnétique interagira avec l'aiguille, la faisant tourner. Considérons maintenant la position de l'aiguille magnétique, dont l'axe coïncide avec l'axe vertical des bobines à des moments différents. A l'instant initial (t=0), le courant dans la première bobine est nul, et dans la seconde il passe par un maximum négatif (le sens du courant sera noté comme on le fait en électrotechnique - avec un point et une croix ; une croix signifie que le courant est dirigé depuis l'observateur au-delà du dessin plan, et le point indique que le courant est dirigé vers l'observateur). A l'instant t1, les courants i1 et i2 sont égaux mais l'un a un sens positif et l'autre un sens négatif. A l'instant t2, la valeur du courant i2 descend à zéro, et le courant i1 atteint son maximum. La flèche tournera alors encore 1/8 de tour. En retraçant ainsi le développement du processus, on remarquera qu'à la fin de la période de changement d'un des courants, l'aiguille aimantée fera un tour complet autour de l'axe. Ensuite, le processus est répété. Donc, avec deux bobines alimentées par deux courants déphasés l'un par rapport à l'autre d'un quart de période, on peut obtenir le même effet d'inversion des pôles magnétiques que Bailey a obtenu dans son moteur, mais ici c'est beaucoup plus simple, sans n'importe quel commutateur et sans utiliser de contacts glissants, puisque le courant commande lui-même l'inversion de l'aimantation. L'effet décrit a reçu en génie électrique le nom d'un champ magnétique tournant uniformément. Sur cette base, Tesla a conçu le premier moteur asynchrone biphasé de l'histoire. En général, il a été le premier à expérimenter les courants polyphasés et à résoudre avec succès le problème de la génération de tels courants. Comme il n'était pas facile d'obtenir un courant biphasé à partir d'un monophasé, Tesla a construit un générateur spécial qui produisait immédiatement deux courants avec une différence de phase de 90 degrés (c'est-à-dire un quart de période de retard). Dans ce générateur, deux bobines mutuellement perpendiculaires tournaient entre les pôles d'un aimant. Au moment où les spires d'une bobine étaient sous les pôles et que le courant induit dans celles-ci était maximal, les spires de l'autre bobine étaient entre les pôles (sur la ligne neutre) et la force électromotrice en elles était égale à zéro. Par conséquent, les deux courants générés dans ces bobines étaient également déphasés l'un par rapport à l'autre d'un quart de période.
Le courant triphasé pouvait être obtenu de la même manière (en utilisant trois bobines à 60 degrés l'une de l'autre), mais Tesla considérait le système biphasé comme le plus économique. En effet, les systèmes à courant polyphasé nécessitent un grand nombre de fils. Si un moteur fonctionnant sur courant alternatif conventionnel (monophasé) ne nécessite que deux fils d'alimentation, alors fonctionnant sur un biphasé - déjà quatre, sur un triphasé - six, etc. Les extrémités de chaque bobine ont été amenées aux anneaux situés sur l'arbre du générateur. Le rotor du moteur avait également un enroulement sous la forme de deux bobines fermées l'une à l'autre à angle droit l'une de l'autre (c'est-à-dire n'ayant aucune connexion avec le circuit électrique externe). L'invention de Tesla marqua le début d'une nouvelle ère dans le domaine de l'électrotechnique et suscita l'intérêt le plus vif dans le monde entier. Déjà en juin 1888, la Westinghouse Electric Company lui acheta tous les brevets d'un système biphasé pour un million de dollars et proposa d'organiser la production de moteurs asynchrones dans leurs usines. Ces moteurs ont été mis en vente l'année suivante. Ils étaient bien meilleurs et plus fiables que tous les modèles qui existaient auparavant, mais ils n'étaient pas largement utilisés, car ils se sont avérés très mal conçus. L'enroulement du stator en eux était réalisé sous la forme de bobines montées sur des pôles saillants. La conception du rotor sous la forme d'un tambour avec deux bobines fermées mutuellement perpendiculaires a également échoué. Tout cela a considérablement réduit la qualité du moteur tant au démarrage qu'en mode de fonctionnement. Bientôt, le moteur à induction de Tesla a été considérablement repensé et amélioré par l'ingénieur électricien russe Dolivo-Dobrovolsky. Expulsé en 1881 pour des raisons politiques de l'Institut polytechnique de Riga, Dolivo-Dobrovolsky partit pour l'Allemagne. Ici, il est diplômé de l'école technique supérieure de Darmstadt et, en 1887, il a commencé à travailler dans la grande entreprise allemande d'électrotechnique AEG. La première innovation importante introduite par Dolivo-Dobrovolsky dans un moteur asynchrone a été la création d'un rotor avec un enroulement en "cage d'écureuil". Dans tous les premiers modèles de moteurs à induction, les rotors étaient très infructueux et, par conséquent, le rendement de ces moteurs était inférieur à celui des autres types de moteurs électriques. (Ferraris, mentionné ci-dessus, a créé un moteur asynchrone biphasé avec un rendement d'environ 50% et a considéré que c'était la limite.) Le matériau à partir duquel le rotor a été fabriqué a ici joué un rôle très important, car il devait satisfaire deux conditions à la fois : avoir une faible résistance électrique (afin que les courants induits puissent circuler librement à travers sa surface) et avoir une bonne perméabilité magnétique (afin que l'énergie du champ magnétique ne soit pas gaspillée).
Du point de vue de la réduction de la résistance électrique, la meilleure solution de conception pourrait être un rotor sous la forme d'un cylindre en cuivre. Mais le cuivre est un mauvais conducteur pour le flux magnétique du stator et le rendement d'un tel moteur était très faible. Si le cylindre en cuivre était remplacé par un cylindre en acier, le flux magnétique augmentait fortement, mais comme la conductivité électrique de l'acier était inférieure à celle du cuivre, le rendement était à nouveau faible. Dolivo-Dobrovolsky trouva un moyen de sortir de cette contradiction : il fabriqua le rotor sous la forme d'un cylindre d'acier (ce qui réduisait sa résistance magnétique), et commença à insérer des tiges de cuivre dans les canaux percés le long de la périphérie de ce dernier (ce qui réduisit la résistance électrique). Sur les parties frontales du rotor, ces tiges étaient reliées électriquement les unes aux autres (fermées sur elles-mêmes). La solution de Dolivo-Dobrovolsky s'est avérée être la meilleure. Après avoir reçu un brevet pour son rotor en 1889, son appareil n'a pas fondamentalement changé jusqu'à présent. Suite à cela, Dolivo-Dobrovolsky a commencé à réfléchir à la conception du stator de la partie fixe du moteur. La conception de Tesla lui semblait irrationnelle. Étant donné que l'efficacité d'un moteur électrique dépend directement de la mesure dans laquelle le champ magnétique du stator est utilisé par le rotor, alors, par conséquent, plus les lignes magnétiques du stator sont fermées à l'air (c'est-à-dire qu'elles ne traversent pas la surface du rotor) , plus la perte d'énergie électrique est importante et moins le rendement est élevé. Pour éviter que cela ne se produise, l'écart entre le rotor et le stator doit être aussi petit que possible. Le moteur de Tesla de ce point de vue était loin d'être parfait - les pôles saillants des bobines sur le stator créaient trop d'espace entre le stator et le rotor. De plus, dans un moteur biphasé, un mouvement uniforme du rotor n'a pas été obtenu. Partant de là, Dolivo-Dobrovolsky a vu deux tâches devant lui: augmenter l'efficacité du moteur et parvenir à une plus grande uniformité de son fonctionnement. La première tâche était simple - il suffisait de retirer les pôles saillants des électroaimants et de répartir uniformément leurs enroulements sur toute la circonférence du stator pour que l'efficacité du moteur augmente immédiatement. Mais comment résoudre le deuxième problème ? L'inégalité de rotation ne pourrait être sensiblement réduite qu'en augmentant le nombre de phases de deux à trois. Mais cette voie était-elle rationnelle ? Obtenir un courant triphasé, comme déjà mentionné, n'était pas difficile. Il n'était pas non plus difficile de construire un moteur triphasé - pour cela, il suffisait de placer trois bobines sur le stator au lieu de deux et de connecter chacune d'elles avec deux fils à la bobine de générateur correspondante. Ce moteur était censé être meilleur que le moteur biphasé de Tesla à tous égards, sauf pour un moment - il nécessitait six fils pour son alimentation, au lieu de quatre. Ainsi, le système est devenu inutilement encombrant et coûteux. Mais peut-être était-il possible de connecter le moteur au générateur d'une autre manière ? Dolivo-Dobrovolsky a passé des nuits blanches sur des schémas de circuits multiphasés. Sur des feuilles de papier, il a esquissé de plus en plus de nouvelles options. Et, finalement, une solution, tout à fait inattendue et ingénieuse dans sa simplicité, a été trouvée.
En effet, si vous faites des branches à partir de trois points de l'armature annulaire du générateur et que vous les connectez à trois anneaux le long desquels glissent les balais, alors lorsque l'armature tourne entre les pôles, le même courant sera induit sur chaque balai, mais avec un décalage dans le temps, qui est nécessaire pour que la bobine se déplace le long d'un arc correspondant à un angle de 120 degrés. En d'autres termes, les courants dans le circuit seront également décalés les uns par rapport aux autres en phase de 120 degrés. Mais ce système de courant triphasé s'est avéré avoir une autre propriété extrêmement curieuse qu'aucun autre système de courants multiphasés n'avait - à tout moment arbitrairement pris, la somme des courants circulant dans une direction est égale ici à la valeur du troisième courant qui circule dans la direction opposée, et la somme des trois courants à tout moment est égale à zéro. Par exemple, à l'instant t1, le courant i2 passe par un maximum positif, et les valeurs des courants i1 et i3, qui ont une valeur négative, atteignent la moitié du maximum et leur somme est égale au courant i2. Cela signifie qu'à tout moment, l'un des fils du système transporte la même quantité de courant dans une direction que les deux autres transportent ensemble dans la direction opposée. Ainsi, il est possible d'utiliser chacun des trois fils comme fil conducteur pour les deux autres connectés en parallèle, et au lieu de six fils, se contenter de trois !
Pour clarifier ce point extrêmement important, tournons-nous vers un schéma imaginaire. Imaginez qu'à travers un cercle tournant autour de son centre, il y a trois conducteurs connectés les uns aux autres, dans lesquels circulent trois courants alternatifs, déphasés de 120 degrés. Lors de sa rotation, chaque conducteur est soit sur la partie positive, soit sur la partie négative du cercle, et en se déplaçant d'une partie à l'autre, le courant change de sens. Ce système assure pleinement le passage normal (circulation) des courants. En effet, à un moment donné, les conducteurs I et II sont connectés en parallèle, et III en détourne le courant. Quelque temps après, II passe du même côté que III ; maintenant II et III fonctionnent en parallèle, et I comme un fil conducteur de courant commun. Puis III passe du côté où I se trouve encore ; maintenant II retire le montant que III et moi réunissons. Ensuite, je me déplace du côté où II est toujours situé, et ainsi de suite.
Dans l'exemple ci-dessus, rien n'a été dit sur les sources actuelles. Comme on s'en souvient, cette source est un générateur triphasé. Nous représentons les enroulements du générateur sous la forme de trois bobines. Pour que le courant circule de la manière que nous avons décrite, ces bobines peuvent être incluses dans le circuit de deux manières. On peut, par exemple, les placer sur trois côtés d'un triangle, disons celui de gauche ; ainsi, au lieu de ses trois côtés, on obtient trois bobines I, II et III, dans lesquelles des courants sont induits avec un déphasage de 1/3 de la période. On peut aussi déplacer les points d'application des forces électromotrices aux extrémités des conducteurs parallèles. Si nous mettons nos bobines ici, nous obtenons une connexion différente. Les triangles, servant désormais uniquement de connexions conductrices pour les trois extrémités gauches des bobines, peuvent être contractés en un seul point. Ces connexions, dont la première est appelée "delta" et la seconde "étoile", sont largement utilisées aussi bien dans les moteurs que dans les générateurs.
Dolivo-Dobrovolsky construit son premier moteur asynchrone triphasé à l'hiver 1889. En tant que stator, une ancre annulaire d'une machine à courant continu avec 24 fentes semi-fermées y a été utilisée. Compte tenu des erreurs de Tesla, Dolivo-Dobrovolsky a dispersé les enroulements dans les fentes sur toute la circonférence du stator, ce qui a rendu la répartition du champ magnétique plus favorable. Le rotor était cylindrique avec des enroulements en "cage d'écureuil". L'entrefer entre le rotor et le stator n'était que de 1 mm, ce qui à l'époque était une décision audacieuse, car généralement l'entrefer était agrandi. Les tiges de la "cage d'écureuil" n'avaient aucune isolation. Un générateur CC standard a été utilisé comme source de courant triphasé, reconstruit en un générateur triphasé comme décrit ci-dessus. L'impression faite par le premier démarrage du moteur sur la direction de l'AEG était énorme. Pour beaucoup, il devenait évident que le long chemin épineux de la création d'un moteur électrique industriel était enfin terminé. En termes de performances techniques, les moteurs de Dolivo-Dobrovolsky surpassaient tous les moteurs électriques qui existaient à l'époque - ayant un rendement très élevé, ils fonctionnaient parfaitement dans tous les modes, étaient fiables et faciles à utiliser. Par conséquent, ils se sont immédiatement répandus dans le monde entier. Depuis lors, l'introduction rapide des moteurs électriques dans tous les domaines de la production et l'électrification généralisée de l'industrie ont commencé. Auteur : Ryzhov K.V.
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