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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE
Moteurs électriques. moteurs asynchrones. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / moteurs électriques Moteurs asynchrones dites machines électriques comportant au moins deux enroulements dans lesquels les tensions alternatives sont déphasées les unes par rapport aux autres. le principe de fonctionnement Dans les systèmes asynchrones, il devient possible de créer un champ magnétique tournant dans un dispositif mécaniquement stationnaire. Une bobine connectée à une source de courant alternatif produit un champ magnétique pulsé, c'est-à-dire un champ magnétique qui change de valeur et de direction.
Dans un cylindre de diamètre intérieur D, trois bobines sont placées sur la surface, décalées spatialement les unes par rapport aux autres de 120°. Les bobines sont connectées à une source de tension triphasée (Figure 16.6). Sur la fig. 16.7 montre un graphique des courants instantanés qui forment un système triphasé. Chacune des bobines crée un champ magnétique pulsé. Les champs magnétiques des bobines, interagissant les uns avec les autres, forment le champ magnétique tournant résultant, caractérisé par le vecteur de l'induction magnétique résultante Sur la fig. 16.8 montre les vecteurs d'induction magnétique de chaque phase et le vecteur résultant A l'instant t = t1 le courant et l'induction magnétique dans la bobine A-X sont positifs et maximum, dans les bobines BY et CZ, ils sont identiques et négatifs. Le vecteur de l'induction magnétique résultante est égal à la somme géométrique des vecteurs des inductions magnétiques des bobines et coïncide avec l'axe de la bobine A-X. A l'instant t = t2 les courants dans les bobines A-X et CZ sont de même amplitude et de sens opposé. Le courant dans la phase B est nul. Le vecteur d'induction magnétique résultant a tourné de 30° dans le sens des aiguilles d'une montre.
A l'instant t = t3 les courants dans les bobines A-X et BY sont égaux en amplitude et positifs, le courant dans la phase CZ est maximal et négatif, le vecteur du champ magnétique résultant est situé dans la direction négative de l'axe de la bobine CZ. Pendant une période de courant alternatif, le vecteur du champ magnétique résultant tournera de 360°. Vitesse linéaire de déplacement du vecteur d'induction magnétique
où
champ le long de la circonférence d'un cylindre de diamètre D. Vitesse de la ligne
où n1 - fréquence de rotation synchrone d'un champ magnétique multipolaire avec le nombre de paires de pôles Р. Les bobines illustrées à la fig. 16.6, créez un champ magnétique bipolaire, avec le nombre de pôles 2P = 2. La fréquence de rotation du champ est de 3000 rpm. Pour obtenir un champ magnétique tétrapolaire, il faut placer six bobines à l'intérieur d'un cylindre de diamètre D, deux pour chaque phase. Ensuite, selon la formule (16.7), le champ magnétique tournera deux fois plus lentement, avec n1 = 1500 tr/min. Pour obtenir un champ magnétique tournant, deux conditions doivent être remplies:
conception Un moteur à induction comporte une partie fixe appelée stator et une partie tournante appelée rotor. Le stator contient un enroulement qui crée un champ magnétique tournant. Il existe des moteurs asynchrones à cage d'écureuil et rotor de phase. Dans les fentes du rotor avec un enroulement court-circuité, des tiges en aluminium ou en cuivre sont placées. Aux extrémités, les tiges sont fermées par des anneaux en aluminium ou en cuivre. Le stator et le rotor sont fabriqués à partir de tôles d'acier électriques pour réduire les pertes par courants de Foucault. Le rotor de phase a un enroulement triphasé (pour un moteur triphasé). Les extrémités des phases sont connectées en un nœud commun et les débuts sont mis en évidence sur trois anneaux de contact placés sur l'arbre. Des balais de contact fixes sont placés sur les anneaux. Un rhéostat de démarrage est relié aux balais. Après le démarrage du moteur, la résistance du rhéostat de démarrage est progressivement réduite à zéro. Le principe de fonctionnement d'un moteur à induction Le principe de fonctionnement d'un moteur asynchrone sera considéré sur le modèle représenté sur la Fig. 16.9. Nous représentons le champ magnétique tournant du stator comme un aimant permanent tournant avec une fréquence de rotation synchrone u. Des courants sont induits dans les conducteurs de l'enroulement fermé du rotor. Les pôles de l'aimant se déplacent dans le sens des aiguilles d'une montre. Pour un observateur placé sur un aimant en rotation, il semble que l'aimant est immobile et que les conducteurs de l'enroulement du rotor se déplacent dans le sens antihoraire. Les directions des courants du rotor, déterminées par la règle de la main droite, sont illustrées à la Fig. 16.9.
En utilisant la règle de la main gauche, nous trouvons la direction des forces électromagnétiques agissant sur le rotor et le faisant tourner. Le rotor du moteur tournera à une vitesse de n1 dans le sens de rotation du champ statorique. Le rotor tourne de manière asynchrone, c'est-à-dire que sa fréquence de rotation n2 inférieure à la fréquence de rotation du champ statorique w. La différence relative entre les vitesses des champs du stator et du rotor est appelée glissement :
Le glissement ne peut pas être égal à zéro, car aux mêmes vitesses du champ et du rotor, l'induction de courants dans le rotor s'arrêterait et, par conséquent, il n'y aurait pas de couple électromagnétique. Le couple électromagnétique est équilibré par le couple de freinage opposé Si le glissement du moteur bloqué est égal à un, alors le moteur est dit en mode court-circuit. Vitesse moteur asynchrone à vide n2 approximativement égale à la fréquence synchrone n1. Si le glissement d'un moteur déchargé est S = 0, alors le moteur est dit au ralenti. Le glissement d'une machine asynchrone fonctionnant en mode moteur varie de zéro à un. Une machine asynchrone peut fonctionner en mode générateur. Pour ce faire, son rotor doit être entraîné en rotation par un moteur tiers dans le sens de rotation du champ magnétique du stator avec une fréquence n2 > n1. Glissement du générateur asynchrone S < 0. Une machine asynchrone peut fonctionner sur le mode d'un frein de machine électrique. Pour ce faire, il est nécessaire de faire tourner son rotor dans le sens opposé au sens de rotation du champ magnétique statorique. Dans ce mode, S > 1. En règle générale, les machines asynchrones sont utilisées en mode moteur. Le moteur à induction est le type de moteur le plus répandu dans l'industrie. La fréquence de rotation du champ dans un moteur asynchrone est étroitement liée à la fréquence du réseau f1 et le nombre de paires de pôles du stator. A la fréquence f1 = 50 Hz il y a ce qui suit plage de vitesse (P-n1, tr/min): 1 - 3000; 2 - 1500; 3 -1000 ; 4 - 750. De la formule (16.7) on obtient
La vitesse du champ statorique par rapport au rotor est appelée vitesse de glissement
Fréquence du courant et FEM dans l'enroulement du rotor
Une machine asynchrone à rotor bloqué fonctionne comme un transformateur. Le flux magnétique principal induit dans le stator et dans les enroulements du rotor fixe EMF E1 et E2K:
où Fm - la valeur maximale du flux magnétique principal couplé aux bobinages stator et rotor ; O1 et W2 - le nombre de spires des bobinages stator et rotor ; Afin d'obtenir une répartition plus favorable de l'induction magnétique dans l'entrefer entre le stator et le rotor, les enroulements du stator et du rotor ne sont pas concentrés dans un pôle, mais répartis le long des circonférences du stator et du rotor. La FEM de l'enroulement distribué est inférieure à la FEM de l'enroulement localisé. Ce fait est pris en compte en introduisant des coefficients d'enroulement dans les formules qui déterminent l'amplitude des forces électromotrices des enroulements. Les valeurs des coefficients d'enroulement sont légèrement inférieures à l'unité. EMF dans l'enroulement d'un rotor en rotation
Courant du rotor de la machine en marche
dans laquelle R2 - résistance active de l'enroulement du rotor ; X2 - résistance inductive de l'enroulement du rotor,
Un moteur monophasé a un enroulement situé sur le stator. Un enroulement monophasé alimenté en courant alternatif va créer un champ magnétique pulsé. Plaçons un rotor avec un enroulement court-circuité dans ce champ. Le rotor ne tournera pas. Si vous faites tourner le rotor avec une force mécanique tierce dans n'importe quelle direction, le moteur fonctionnera de manière stable. Ceci peut être expliqué comme suit. Le champ magnétique pulsé peut être remplacé par deux champs magnétiques tournant en sens opposés avec une fréquence synchrone n1 et ayant des amplitudes de flux magnétique égales à la moitié de l'amplitude du flux magnétique du champ pulsé. L'un des champs magnétiques est dit à rotation avant, l'autre est dit à rotation inverse. Chacun des champs magnétiques induit des courants de Foucault dans l'enroulement du rotor. Lorsque les courants de Foucault interagissent avec les champs magnétiques, des couples se forment qui sont dirigés en face l'un de l'autre. Sur la fig. 16.10 montre les dépendances du moment sur le champ avant M ', le moment sur le champ inverse M "et le moment résultant M dans la fonction de glissement M \uXNUMXd M ' - M ".
Les axes coulissants sont dirigés l'un en face de l'autre. En mode démarrage, le rotor est soumis à des couples d'amplitude égale et de sens opposé. Faisons tourner le rotor par une force tierce dans la direction d'un champ magnétique réciproque. Un couple excessif (résultant) apparaîtra, accélérant le rotor à une vitesse proche de synchrone. Dans ce cas, le glissement du moteur par rapport au champ magnétique recto-rotatif
Glissement du moteur par rapport à un champ magnétique en rotation inverse
Compte tenu de la caractéristique résultante, nous pouvons tirer les conclusions suivantes. Sortie 1. Un moteur monophasé n'a pas de couple de démarrage. Il tournera dans la direction dans laquelle il est tourné par une force externe. Conclusion 2. En raison de l'action de freinage du champ tournant inverse, les performances d'un moteur monophasé sont inférieures à celles d'un moteur triphasé. Pour créer un couple de démarrage, les moteurs monophasés sont fournis avec un enroulement de démarrage déplacé dans l'espace par rapport à l'enroulement de travail principal de 90 °. L'enroulement de démarrage est connecté au réseau par l'intermédiaire d'éléments déphaseurs : un condensateur ou une résistance active. La figure 16.11 montre le circuit de commutation de l'enroulement du moteur, où P est l'enroulement de travail, P est l'enroulement de démarrage. La capacité de l'élément déphaseur C est choisie de sorte que les courants dans les enroulements de travail et de démarrage diffèrent en phase de 90 °. Un moteur asynchrone triphasé peut fonctionner à partir d'un réseau monophasé si ses enroulements sont connectés selon les schémas suivants (Fig. 16.12). Dans le diagramme montré à la fig. 16.12, et les enroulements du stator sont reliés par une étoile, et dans le schéma de la fig. 16.12, b - un triangle. Valeur de capacité C ~ 60 uF pour 1 kW de puissance.
Auteur : Koryakin-Chernyak S.L.
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, construit pour trois instants de temps t1, T2, T3. Les directions positives des axes des bobines sont notées +1, +2, +3.
- fréquence de la tension alternative ; T est la période du courant sinusoïdal ; pg - fréquence de rotation du champ magnétique ou fréquence de rotation synchrone. Pendant une période T, le champ magnétique se déplace d'une distance 
où
- division des pôles ou distance entre les pôles du champ magnétique
où
Avec une augmentation de la charge sur l'arbre du moteur, le couple de freinage devient supérieur au couple et le glissement augmente. En conséquence, la FEM et les courants induits dans l'enroulement du rotor augmentent. Le couple augmente et devient égal au couple de freinage. Le couple peut augmenter avec l'augmentation du glissement jusqu'à une certaine valeur maximale, après quoi, avec une nouvelle augmentation du couple de freinage, le couple diminue fortement et le moteur s'arrête.
- fréquence de tension dans le réseau ; POUR01 et K02 - coefficients d'enroulement des enroulements stator et rotor.
, où x2K - résistance inductive du rotor freiné. Alors
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