Micromoteurs électriques. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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En règle générale, les moteurs électriques sont divisés en trois groupes : grande, moyenne et petite puissance. Pour les moteurs de faible puissance (nous les appellerons micromoteurs), la limite de puissance supérieure n'est pas fixée, généralement elle est de plusieurs centaines de watts. Les micromoteurs sont largement utilisés dans les appareils électroménagers et électroménagers (chaque famille possède désormais plusieurs micromoteurs - dans les réfrigérateurs, les aspirateurs, les magnétophones, les lecteurs, etc.), la technologie de mesure, les systèmes de contrôle automatique, la technologie aéronautique et spatiale et d'autres domaines de l'activité humaine.

Les premiers moteurs à courant continu sont apparus dans les années 30 du XIXe siècle. Un grand pas dans le développement des moteurs électriques a été franchi grâce à l'invention en 1856 par l'ingénieur allemand Siemens d'un convertisseur à deux bras et à la découverte par lui en 1866 du principe dynamoélectrique. En 1883, Tesla et en 1885 Ferrari ont inventé indépendamment le moteur à induction à courant alternatif. En 1884, Siemens a créé un moteur collecteur de courant alternatif avec un enroulement d'excitation en série. En 1887, Khazelwander et Dolivo-Dobrovolsky ont proposé une conception de rotor avec un enroulement à cage d'écureuil de type cage d'écureuil, ce qui a grandement simplifié la conception du moteur. En 1890, Chitin et Leblanc ont utilisé pour la première fois un condensateur déphaseur.

Dans les appareils électroménagers, les moteurs électriques ont commencé à être utilisés à partir de 1887 - dans les ventilateurs, à partir de 1889 - dans les machines à coudre, à partir de 1895 - dans les perceuses, à partir de 1901 - dans les aspirateurs. Cependant, à ce jour, le besoin de micromoteurs s'est avéré si important (jusqu'à six micromoteurs sont utilisés dans une caméra vidéo moderne) que des sociétés et des entreprises spécialisées ont vu le jour pour les développer et les fabriquer. Un grand nombre de types de micromoteurs ont été développés, chacun faisant l'objet d'un article de cette série.

Micromoteurs asynchrones

Les micromoteurs asynchrones monophasés sont le type le plus courant, ils répondent aux exigences de la plupart des entraînements électriques d'instruments et d'appareils, avec un faible coût et un faible niveau de bruit, une grande fiabilité, sans entretien et ne contiennent pas de contacts mobiles.

Включение. Le micromoteur asynchrone peut être à un, deux ou trois enroulements. Dans un moteur à un seul enroulement, il n'y a pas de couple de démarrage initial, et pour le démarrer, vous devez utiliser, par exemple, un moteur de démarrage. Dans un moteur à deux enroulements, l'un des enroulements, appelé enroulement principal, est directement relié au secteur (Fig. 1).

Pour créer un couple de démarrage dans l'autre enroulement, auxiliaire, il faut qu'un courant circulant soit déphasé par rapport au courant dans l'enroulement principal. Pour ce faire, une résistance supplémentaire est connectée en série avec l'enroulement auxiliaire, qui peut être de nature active, inductive ou capacitive.

Le plus souvent, un condensateur est inclus dans le circuit d'alimentation de l'enroulement auxiliaire, tout en obtenant l'angle de déphasage optimal des courants dans les enroulements, égal à 90 ° (Fig.1, b). Un condensateur qui est constamment connecté au circuit d'alimentation de l'enroulement auxiliaire est appelé un condensateur de travail. Si, lors du démarrage du moteur, il est nécessaire de fournir un couple de démarrage accru, alors en parallèle avec le condensateur de travail Sv, le condensateur de démarrage Ca est allumé pendant le temps de démarrage (Fig.1, c). Après l'accélération du moteur, le condensateur de démarrage est désactivé à l'aide d'un relais ou d'un interrupteur centrifuge. En pratique, la variante de la figure 1b est plus souvent utilisée.

L'effet de déphasage peut être obtenu en augmentant artificiellement la résistance active de l'enroulement auxiliaire. Ceci est réalisé soit en incluant une résistance supplémentaire, soit en réalisant un enroulement auxiliaire à partir d'un fil à haute résistance. En raison de l'échauffement accru de l'enroulement auxiliaire, ce dernier est éteint après le démarrage du moteur. De tels moteurs sont moins chers et plus fiables que les moteurs à condensateur, bien qu'ils ne permettent pas un déphasage des courants d'enroulement de 90 °.

Pour inverser le sens de rotation de l'arbre du moteur, un inducteur ou un starter doit être connecté au circuit d'alimentation de l'enroulement auxiliaire, de sorte que le courant dans l'enroulement principal conduira le courant dans l'enroulement auxiliaire en phase. En pratique, cette méthode est peu utilisée car le déphasage est négligeable du fait du caractère inductif de la résistance de l'enroulement auxiliaire.

La méthode la plus couramment utilisée est un déphasage entre les enroulements principal et auxiliaire, qui consiste à fermer l'enroulement auxiliaire. L'enroulement principal a une connexion magnétique avec l'auxiliaire, grâce à quoi, lorsque l'enroulement principal est connecté au réseau d'alimentation, une FEM est induite dans l'enroulement auxiliaire et un courant apparaît qui est en retard par rapport au courant de l'enroulement principal . Le rotor du moteur commence à tourner dans le sens de l'enroulement principal vers l'enroulement auxiliaire.

Un moteur asynchrone triphasé à trois enroulements peut être utilisé en mode d'alimentation monophasé. La figure 2 montre l'inclusion d'un moteur à trois enroulements selon les schémas "étoile" et "triangle" dans un mode de fonctionnement monophasé (schémas Steinmetz). Deux des trois enroulements sont directement connectés au réseau d'alimentation et le troisième est connecté à la tension d'alimentation via un condensateur de démarrage. Pour créer le couple de démarrage nécessaire, une résistance doit être connectée en série avec le condensateur, dont la résistance dépend des paramètres des enroulements du moteur.

enroulements. Contrairement aux moteurs asynchrones à trois enroulements, qui se caractérisent par une disposition spatiale symétrique et les mêmes paramètres des enroulements sur le stator, dans les moteurs à alimentation monophasée, les enroulements principaux et auxiliaires ont des paramètres différents. Pour les enroulements symétriques, le nombre d'encoches par pôle et par phase peut être déterminé à partir de l'expression :

q = N / 2h,

où N est le nombre d'encoches du stator ; m - nombre d'enroulements (phases); p est le nombre de pôles.

Dans les enroulements quasi symétriques, le nombre de fentes et la largeur des enroulements diffèrent légèrement, tandis que les résistances active et inductive des enroulements principal et auxiliaire ont des valeurs différentes.

Dans les enroulements asymétriques, le nombre d'encoches occupées par chaque enroulement varie considérablement. Par conséquent, les enroulements principal et auxiliaire ont un nombre de tours différent. Un exemple typique est l'enroulement 2/3-1/3 (Fig. 3), dans lequel 2/3 des encoches du stator sont occupées par l'enroulement principal et 1/3 par l'enroulement auxiliaire.

conception. La figure 4 montre une coupe d'un moteur avec deux enroulements concentrés ou bobinés situés sur les pôles du stator.

Chaque enroulement (principal 1 et auxiliaire 2) est formé de deux bobines situées aux pôles opposés. Les bobines sont posées sur les pôles et insérées dans la culasse de la machine, qui dans ce cas a une forme carrée. Du côté de l'entrefer de travail, les bobines sont maintenues par des saillies spéciales qui agissent comme des sabots polaires 3. Grâce à elles, la courbe de répartition du champ magnétique dans l'entrefer de travail se rapproche d'une sinusoïde. Sans ces protubérances, la forme de cette courbe est proche du rectangle. En tant qu'élément de déphasage pour un tel moteur, un condensateur et une résistance peuvent être utilisés. Il est également possible de court-circuiter l'enroulement auxiliaire. Dans ce cas, le moteur est transformé en une machine asynchrone à deux pôles.

Les moteurs à pôles ombragés sont les plus couramment utilisés en raison de leur conception simple, de leur grande fiabilité et de leur faible coût. Un tel moteur comporte également deux enroulements sur le stator (Fig. 5).

L'enroulement principal 3 est réalisé sous la forme d'une bobine et est relié directement au réseau d'alimentation. L'enroulement auxiliaire 1 est court-circuité avec une à trois spires par pôle. Il recouvre une partie du poteau, ce qui explique le nom du moteur. L'enroulement auxiliaire est constitué d'un fil de cuivre rond ou plat d'une section de quelques millimètres carrés, qui est plié en bobines de forme appropriée. Ensuite, les extrémités de l'enroulement sont reliées par soudage. Le rotor du moteur est court-circuité et des ailettes de refroidissement sont fixées à ses extrémités, ce qui améliore l'évacuation de la chaleur des enroulements du stator.

Les options structurelles pour les moteurs à pôles ombragés sont illustrées aux figures 6 et 7.

En principe, l'enroulement principal peut être disposé symétriquement ou asymétriquement par rapport au rotor. La figure 6 montre la conception d'un moteur avec un enroulement principal asymétrique 5 (1 - trou de montage; 2 - shunt magnétique; 3 - enroulement court-circuité; 4 - trous de montage et de réglage; 6 - cadre d'enroulement; 7 - culasse). Un tel moteur a une fuite de flux magnétique importante dans le circuit magnétique externe, de sorte que son efficacité ne dépasse pas 10-15%, et il est fabriqué pour une puissance ne dépassant pas 5-10 W.

Du point de vue de la fabricabilité, un moteur avec un enroulement principal symétrique est plus complexe. Dans les moteurs d'une puissance de 10 à 50 W, un stator composite est utilisé (Fig. 7, où: 1 - anneau de culasse; 2 - anneau court-circuité; 3 - pôle; 4 - rotor avec enroulement "cage d'écureuil"; 5 - shunt magnétique). Du fait que les pôles du moteur sont recouverts d'une culasse et que les enroulements sont situés à l'intérieur du système magnétique, les flux magnétiques de fuite sont ici bien inférieurs à ceux de la conception de la Fig.6. Efficacité du moteur 15-25%.

Pour modifier la vitesse d'un moteur à pôles ombrés, un circuit à pôles croisés est utilisé (Fig. 8). Il met en oeuvre tout simplement la commutation du nombre de paires de pôles de l'enroulement statorique, pour changer ce qu'il suffit d'allumer les enroulements allumés dans des sens opposés. Les moteurs à pôles ombrés utilisent également le principe de la régulation de vitesse, qui consiste à commuter les bobines d'enroulement d'un montage en série à un montage en parallèle.

Micromoteurs synchrones

Les moteurs synchrones monophasés sont utilisés dans les horloges, les compteurs, les relais temporisés, les systèmes de régulation et de contrôle, les instruments de mesure, les appareils de prise de son, etc. Dans un moteur synchrone, un champ magnétique tournant est créé, dont la vitesse de rotation est constante et ne dépend pas des variations de la charge. Comme un moteur à induction monophasé, un moteur synchrone génère un champ magnétique tournant elliptique. En cas de surcharge, les micromoteurs synchrones perdent leur synchronisme. Après leur avoir appliqué la tension d'alimentation, il est nécessaire de créer des conditions dans lesquelles le moteur accélérera et sera entraîné en synchronisme. Il existe des moteurs synchrones réactifs à hystérésis, ainsi que des moteurs à excitation par aimants permanents.

Moteurs à réaction

Avec une puissance allant jusqu'à 100 W, un moteur synchrone est constitué de deux enroulements - principal et auxiliaire, et un condensateur de déphasage est allumé en série avec ce dernier. Le stator d'un moteur synchrone à réluctance n'est pas structurellement différent du stator d'un moteur à induction. Sur le rotor du moteur synchrone se trouve un enroulement court-circuité ("cage d'écureuil"), qui assure un démarrage fiable du micromoteur synchrone. Jusqu'à une vitesse proche du synchronisme, le moteur accélère en asynchrone, puis se rétracte indépendamment en synchronisme, et le rotor continue de tourner à une vitesse synchrone. La conception du rotor d'un moteur synchrone est illustrée à la figure 9.

Les rainures sont situées le long de sa circonférence avec un pas uniforme (Fig. 9, a) et la profondeur des rainures est 10 à 20 fois supérieure à la longueur de l'entrefer de travail. De l'aluminium est coulé dans ces fentes, et les tiges d'enroulement du rotor ainsi formées sont court-circuitées avec des anneaux en aluminium soudés de part et d'autre aux extrémités des tiges. A puissance réactive consommée du réseau égale, le moment utile sur l'arbre d'un moteur synchrone est deux fois inférieur au moment sur l'arbre d'un moteur asynchrone. Le rendement et le coût d'un moteur synchrone sont également moins bons que ceux d'un moteur asynchrone. Cela est dû au fait que l'entrefer d'un moteur synchrone est plus grand que celui d'un moteur asynchrone.

En modifiant la conductivité de sections individuelles du circuit magnétique du moteur, il est possible de diriger le flux magnétique dans la direction souhaitée. Ceci peut être réalisé en utilisant des cavités spéciales dans un matériau magnétique doux rempli d'alliage d'aluminium. La figure 9b montre un rotor bipolaire réalisé de manière similaire. Dans ce cas, la longueur de l'entrefer de travail, comme dans le cas d'un moteur asynchrone, reste inchangée sur toute la circonférence du stator. La puissance d'un tel moteur synchrone est proche de la puissance d'un moteur asynchrone monophasé.

Moteurs à hystérésis

En termes de conception, le stator d'un moteur à hystérésis ne diffère pas des stators des moteurs précédemment considérés (asynchrone, synchrone à réluctance). À faible vitesse de rotation du moteur à hystérésis, son stator est constitué de pôles en forme de griffes (Fig. 10).

Il contient une culasse 1 avec un bobinage, et ses bobinages alternent le long de la circonférence du stator, formant ainsi une suite d'électroaimants à polarité alternée (NSNS...); 2 - poteaux en forme de griffes; 3 - manchon en matière synthétique; 4 - flux de fuite, 5 - flux magnétique utile ; 6 - rotor; 7 - bobinage annulaire; 8 - cadre d'enroulement. Des plaques de fermeture du flux magnétique sont installées sur les côtés des bobines. Lorsque l'enroulement du stator est connecté au réseau d'alimentation, un champ magnétique multipolaire est créé dans l'entrefer de travail.

La figure 11 montre quatre pôles disposés les uns après les autres (1 - nord principal ; 2 - nord auxiliaire ; 3 - anneau court-circuité ; 4 - enroulement d'excitation en anneau ; 5 - pôle sud principal ; 6 - pôle sud auxiliaire). Les anneaux (ou enroulements) court-circuités situés concentriquement par rapport à la bobine d'enroulement du stator ont des coefficients de couplage différents avec les pôles principaux et auxiliaires. Ainsi, un déphasage des flux magnétiques des pôles indiqués est assuré, dont la conséquence est l'apparition d'un champ magnétique tournant elliptique.

Un anneau en matériau ferromagnétique à large boucle d'hystérésis est monté sur le rotor. La force coercitive de ce matériau doit être inférieure à celle des matériaux magnétiques durs utilisés pour fabriquer des aimants permanents. Sinon, un champ magnétique puissant est nécessaire pour remagnétiser l'anneau. Il y a des fenêtres sur l'anneau du rotor, dont le nombre correspond au nombre de pôles du stator, ce qui assure une rotation synchrone du rotor grâce au couple réactif.

Moteurs à excitation par aimant permanent

Un moteur synchrone contenant un rotor à aimants permanents est structurellement similaire à un moteur à pôles à griffes (voir Figure 10). Le principal avantage d'un moteur à aimant permanent par rapport aux moteurs à hystérésis est que le couple qu'il développe avec les mêmes dimensions est 20 à 30 fois supérieur au couple du moteur à hystérésis. De plus, les moteurs à aimants permanents sont plus fiables. Pour démarrer le moteur, vous devez mettre son rotor en mouvement, de sorte que la charge ne doit pas être attachée à l'arbre à l'aide d'une connexion rigide. Les moteurs de petite puissance contiennent un rotor avec un anneau d'aimant permanent en ferrite qui, avec un petit nombre de pôles, est magnétisé dans le sens radial.

Avec un grand nombre de pôles, le rotor est magnétisé dans le sens axial et a des pôles en forme de griffes (Fig. 12), où 1 anneau est constitué d'un aimant permanent ; 2 - douille. La conception du stator utilisée dans les moteurs haute puissance est pratiquement la même que la conception du stator d'un moteur à induction avec un enroulement distribué. Les conceptions de rotor sont très diverses.

La figure 13 montre trois options de conception pour les moteurs synchrones tétrapolaires avec excitation par aimant permanent. Sur la Fig. 13, a, la ferrite de baryum est utilisée pour les moteurs, sur la Fig. 13, b - un alliage à base d'une combinaison d'éléments de terres rares et de cobalt, sur la Fig. 13, c - un alliage alnico (1 - enroulement à cage d'écureuil ; 2 - aimants permanents ; 3 - shunts magnétiques).

Pour assurer un démarrage asynchrone, tous les rotors ont un enroulement de tige court-circuité, comme dans un moteur asynchrone.

Moteurs universels

Les moteurs à collecteur à excitation série sont dits universels, car ils peuvent fonctionner à la fois à partir d'un réseau à courant continu et à partir d'un réseau à courant alternatif. Elles forment le groupe le plus important de micromachines. La vitesse du moteur ne dépend pas de la fréquence de la tension d'alimentation, de sorte que, contrairement aux moteurs asynchrones, ces moteurs peuvent avoir une vitesse supérieure à 3000 tr/min. L'avantage des moteurs universels est la facilité de contrôle de la vitesse par commutation de prises de l'enroulement d'excitation série ou par contrôle de phase à l'aide de triacs. Comme inconvénient, on peut noter le coût plus élevé d'un moteur universel par rapport à un moteur asynchrone, du fait de la présence d'un bobinage sur le rotor et d'un ensemble balai-collecteur (qui crée également un bruit supplémentaire et s'use rapidement).

conception. Les moteurs universels ont une conception bipolaire. Pour réduire les pertes dues aux courants de Foucault, les circuits magnétiques du stator et du rotor sont laminés.

La figure 14 montre plusieurs options pour la conception du stator du moteur : Figure 14, a - stator avec bobinage fabriqué à la machine ; fig.14,b - stator avec enroulement d'excitation, fabriqué et posé à la main ; Fig. 14, c - stator avec deux enroulements d'excitation externes; fig.14,d - stator avec un enroulement d'excitation à distance. L'enroulement du stator (excitation) d'un moteur universel se compose généralement de deux sections ou bobines, entre lesquelles se trouve une armature, dont l'enroulement est connecté en série avec l'enroulement d'excitation. Vous pouvez enrouler les enroulements d'induit avec un double fil. Avec une forme rectangulaire des rainures du rotor, les bobines sont placées parallèlement les unes aux autres. Le bobinage d'induit est constitué de deux branches parallèles, qui répartissent le courant moteur traversant les balais.

Une attention particulière dans le moteur universel doit être accordée à l'ensemble balai-collecteur.

Les conceptions les plus couramment utilisées de porte-balais sont illustrées à la Fig. 15, a, b, les conceptions de la Fig. 15, c, d sont moins chères et sont utilisées dans des moteurs moins puissants, Fig. 15, e montre une brosse avec des fusibles ( 1 - couvercle ; 2 sortie ; 3 - support ; 4 - brosse ; 5 collecteur ; 6 - étranglement du filtre ; 7 axe de rotation ; 8 - anneau ; 9 - crochet ; 10 - lamelle de cuivre ; 11 - rainure ; 12 - isolant ; 13 - sortie ; 14 - ressort ; 15 mamelon diélectrique). Le corps de la brosse a une cavité cylindrique. La conception de la brosse (Fig. 15, e) est telle que lorsque la brosse est actionnée jusqu'au fond de la cavité, le mamelon vient en butée contre la surface du collecteur. Le mamelon étant en matériau isolant, le contact du balai avec le collecteur est rompu et la poursuite du fonctionnement du moteur devient impossible.

Caractéristiques du travail sur courant continu. Lorsque le moteur fonctionne à partir d'un réseau à courant continu, la chute de tension sur les enroulements d'induit et d'excitation ne dépend que de leur résistance active, par conséquent, toutes choses étant égales par ailleurs, la tension, le courant, le flux magnétique, la FEM dans l'enroulement d'induit sont plus importants que lorsqu'il est alimenté par AC. Cela se traduit par une modification du régime moteur. Si, lorsqu'il est alimenté par des réseaux CC et CA, il est nécessaire que le moteur fonctionne à la même vitesse, alors dans le moteur, il est nécessaire d'avoir un plus grand nombre de tours dans l'enroulement de champ pour le mode CC.

Contrôle de la vitesse. Si des conclusions supplémentaires sont tirées dans l'enroulement d'excitation, vous pouvez modifier la fréquence de rotation en les commutant (Fig. 16, a). Avec une diminution du nombre de tours, la vitesse de rotation augmente. La deuxième méthode consiste à installer une résistance variable en série avec les enroulements du moteur (Fig. 16, b). Lorsque la résistance de la résistance augmente, la vitesse du moteur diminue. La troisième méthode consiste à utiliser un transformateur de régulation (Fig. 16, c). Une augmentation de la tension d'alimentation entraîne une augmentation du régime moteur. La quatrième méthode consiste à shunter l'enroulement d'induit avec une résistance variable (Fig. 16, d). Lorsque la résistance de la résistance diminue, le nombre de tours diminue également. Cette méthode est bonne car lorsque la charge est abandonnée, le moteur ne s'emballe pas.

Un contrôle précis de la vitesse peut être obtenu dans un circuit triac électronique (Fig. 17). Le triac effectue la "coupure" d'une partie de l'alternance de la tension alternative. Pour inverser le moteur, il est nécessaire de changer la polarité de la connexion de l'enroulement d'induit ou de l'enroulement d'excitation.

Stabilisation de la vitesse. Les moteurs universels ont une caractéristique mécanique très douce, c'est-à-dire forte dépendance de la vitesse de rotation au couple de charge. Pour stabiliser la vitesse de rotation sous charge variable, en particulier, des régulateurs mécaniques sont utilisés. Par exemple, vous pouvez utiliser un interrupteur centrifuge dont le contact est connecté en parallèle avec la résistance supplémentaire. Cette méthode offre une stabilité de vitesse à moins de 1%, mais uniquement pour la valeur de vitesse pour laquelle le commutateur centrifuge est conçu. Par conséquent, les régulateurs électroniques sont de plus en plus utilisés.

Dans les contrôleurs électroniques (Fig. 17), par exemple, la FEM de l'enroulement d'induit est utilisée comme signal de retour proportionnel à la valeur réelle de la vitesse de rotation. Avec une augmentation de la valeur spécifiée, l'angle de commande du triac est augmenté, ce qui entraîne une diminution du régime moteur. La précision de stabilisation avec cette méthode est de 10 %. Il existe des moyens plus complexes (mais aussi plus coûteux).

Moteurs à courant continu avec excitation à aimant permanent

Actuellement, ces moteurs sont produits principalement avec une tension d'alimentation de 12 V et sont utilisés dans les entraînements automobiles, les machines à écrire, les équipements médicaux et ménagers.

Designs les moteurs à aimants permanents sont très divers. Cela est dû aux différentes exigences de performance et de coût des moteurs.

La figure 18a montre les éléments structuraux de moteurs simples et bon marché avec des aimants annulaires en composés de ferrite (1 - segments d'aimant ; 2 - rotor ; 3 - boîtier de stator ; 4 - pôle ; 5 - aimant annulaire ; 6 - aimantation radiale ; 7 - diamétral aimantation; 8 - aimant rectangulaire). Ces aimants sont aimantés dans le sens radial ou axial. Le carter moteur est réalisé en matériau magnétiquement doux laminé soit sous forme de cylindre, soit sous forme de pot allongé. Le boîtier sert à fermer le flux magnétique des aimants permanents. L'ensemble rotor est assemblé à partir de tôles d'acier électrique sans additif au silicium (1 mm d'épaisseur). Le rotor est situé dans des roulements à centrage automatique, il contient un petit nombre de rainures, ce qui réduit le coût de l'enroulement de l'induit.

La figure 18b montre des éléments de conceptions plus coûteuses de moteurs à aimants permanents (où 9 sont des pôles ; 10 sont des sabots polaires). Ils utilisent des matériaux magnétiques durs alnico (Al, Ni, Co) et des aimants en métaux de terres rares. Ces moteurs ont un corps massif et le rotor est en acier électrique de haute qualité. L'efficacité de ces moteurs dépasse 80%. Allumer le moteur. Si un moteur à courant continu est alimenté par une batterie, alors s'il est nécessaire de réguler sa vitesse, des régulateurs d'impulsions sont utilisés (Fig.19, a, où U est la tension d'alimentation; Um est la tension d'impulsion; Ra, La et Ui sont , respectivement, résistance active, inductance et enroulements d'induit EMF; Fr - flux magnétique du pôle).

La figure 19b montre la forme de la tension Um et du courant i(t) dans le moteur. Le nombre de tours du moteur est directement proportionnel au rapport cyclique des impulsions de tension allumées à l'aide d'un thyristor ou d'un transistor puissant.

Le moteur à courant continu est alimenté à partir du secteur à travers un redresseur connecté dans un circuit en pont monophasé (Fig. 20). Dans ce cas, la vitesse de rotation peut être contrôlée de la manière décrite ci-dessus.

Une autre option pour le contrôle de la vitesse est l'utilisation de balais à position réglable par rapport à l'armature. La tension d'alimentation peut être appliquée aux balais situés sur le neutre géométrique (a-a) ou à l'un de ces balais et un balai supplémentaire a' (Fig. 21), situé à un angle β par rapport au second balai. Dans ces deux cas, le rapport des régimes moteur a la forme

n₀/n = 2/(1 + cosβ).

Moteurs à courant continu avec rotor amagnétique. Les servomoteurs et les moteurs d'automatisation imposent souvent des exigences élevées aux valeurs des constantes de temps électromagnétiques ou électromécaniques, qui doivent être aussi petites que possible. Pour résoudre ce problème, deux types de conceptions de moteurs ont été développés : 1) avec une forme creuse ou en forme de cloche ; 2) avec rotor à disque. Les premiers sont produits pour une puissance de 1 à 20 W, les seconds - pour une puissance supérieure à 20 W.

Dans les moteurs à rotor creux, celui-ci est réalisé sous la forme d'un verre en matériau synthétique isolant électrique, à la surface duquel est fixé un bobinage (Fig. 22, où 1 est un collecteur ; 2 est un balai ; 3 est un logement ; 4 est la couche d'enroulement supérieure ; 5 est la couche d'enroulement inférieure) . Le rotor tourne dans le champ magnétique d'aimants permanents montés sur le stator et formant un système d'excitation à deux ou quatre pôles.

Dans les moteurs à rotor à disque, ce dernier a la forme d'un disque sur lequel se trouvent des aimants annulaires ou segmentés qui créent un flux magnétique dans la direction axiale (Fig. 23, où 1 est un balai ; 2 est cylindrique et des aimants annulaires ; 3 est un rotor à disque).

Les aimants peuvent être situés des deux côtés du disque du rotor. Dans les moteurs de faible puissance, le disque rotor est en matériau électriquement isolant avec un bobinage imprimé ou estampé. Le couple sur l'arbre du moteur ne change pratiquement pas, car l'enroulement est régulièrement espacé autour de la circonférence du rotor. Par conséquent, ces moteurs conviennent mieux aux entraînements électriques qui doivent maintenir une vitesse stable. Ces moteurs n'ont pas besoin d'un commutateur, qui est utilisé dans les moteurs à courant continu conventionnels, car les balais glissent sur les extrémités des conducteurs d'enroulement imprimés. Dans les moteurs de puissance supérieure, un rotor avec un enroulement est utilisé, qui est rempli d'une composition spéciale pour sa fixation au rotor. De tels moteurs ont une conception de collecteur classique.

Moteurs BLDC

Dans les microdrives modernes, les moteurs sont soumis à des exigences de plus en plus strictes. D'une part, ils doivent avoir une grande fiabilité et simplicité de conception des moteurs asynchrones, d'autre part, ils doivent être simples et avoir une large plage de contrôle de vitesse pour les moteurs à courant continu. Les moteurs avec circuits de commande électroniques, ou moteurs sans balais, satisfont pleinement à ces exigences. En même temps, ils n'ont pas les inconvénients des moteurs asynchrones (consommation de puissance réactive, pertes rotoriques) et synchrones (ondulation de vitesse, perte de synchronisme).

Les moteurs BLDC sont des machines à courant continu sans contact avec une excitation à aimant permanent avec un stator à un ou plusieurs enroulements. La commutation des enroulements du stator s'effectue en fonction de la position du rotor. Le circuit de commande électronique comprend des capteurs spéciaux de position du rotor. Les moteurs de vannes sont utilisés dans des instruments et appareils de haute qualité, par exemple dans les entraînements électriques de magnétophones et de magnétoscopes, dans la technologie de mesure, ainsi que dans les entraînements électriques dans lesquels il est nécessaire de fournir un positionnement de haute précision du rotor et l'organe de travail associé. À ce titre, ils concurrencent avec succès les moteurs pas à pas.

Dans les moteurs à courant continu à collecteur, le flux magnétique d'excitation a la même direction et est stationnaire dans l'espace. La force magnétisante de l'enroulement d'induit Θ2 est située à un angle de 90 ° par rapport au flux magnétique d'excitation Ф₁ (fig.24). Grâce au collecteur, l'angle à 90° conserve sa valeur même lorsque le rotor tourne.

Au niveau du moteur de la vanne, des aimants permanents sont situés sur le rotor, créant un flux d'excitation magnétique, et l'enroulement d'induit est situé sur le stator (Fig. 25, a - en position initiale; b - lorsqu'il est tourné d'un angle α). L'enroulement du stator est alimenté de telle manière qu'entre sa force magnétisante Θ1 et le flux d'excitation Ф₂ l'angle de 90° est maintenu. Avec un rotor tournant, cette position peut être maintenue lors de la commutation des enroulements du stator. Dans ce cas, les enroulements du stator doivent être commutés à certains instants et avec une séquence donnée.

La position du rotor est déterminée, par exemple, à l'aide d'un capteur à effet Hall. Le capteur de position contrôle le fonctionnement des clés électroniques (transistors). Ainsi, sans circuit électronique, le fonctionnement d'un moteur brushless est impossible. Avec une augmentation du nombre d'enroulements statoriques, la complexité du circuit électronique de commande augmente. Par conséquent, dans de tels moteurs, on n'utilise généralement pas plus de quatre enroulements. Les conceptions de moteurs bon marché contiennent un seul enroulement.

Le schéma d'un moteur à enroulement unique est illustré à la Fig. 26, a. Il y a un enroulement 1 sur le stator, qui est connecté à la tension d'alimentation à l'aide du transistor VT1 (Fig. 26, b). Le rotor du moteur est constitué d'un aimant permanent et possède une paire de pôles. Le signal de commande à la base du transistor est fourni par le capteur Hall HG. Si ce capteur entre dans un champ magnétique, par exemple un aimant supplémentaire, alors une tension Un apparaît à sa sortie, ce qui rend passant le transistor. Le transistor peut être uniquement ouvert ou uniquement fermé.

La figure 27a montre l'emplacement du capteur Hall et d'un aimant supplémentaire (coupe le long de l'axe), et la figure 27b - à travers l'axe. Le capteur Hall réagit au pôle nord de l'aimant supplémentaire (N).

La figure 28, a montre un schéma structurel d'un moteur à deux enroulements.

Il y a deux enroulements 1 et 2 sur le stator, à travers lesquels circulent soit des courants de signes opposés, soit les enroulements ont des sens d'enroulement opposés. Les enroulements sont commutés à l'aide des transistors VT1 et VT2 (Fig. 28, b) tour à tour. Pour ce faire, le capteur Hall doit avoir deux sorties, sur l'une l'impulsion apparaît lors du passage du pôle nord de l'aimant supplémentaire, sur l'autre - lors du passage du pôle sud. Le mode spécifié peut également être mis en œuvre dans un moteur à un seul enroulement, mais pour cela, vous devez disposer de deux alimentations et de deux transistors. Dans ce cas, on parle d'un moteur à simple bobinage avec alimentation bipolaire.

La figure 29, a montre un schéma d'un moteur à trois enroulements. Sur son stator, il y a trois enroulements (1, 2, 3) situés le long de sa circonférence à un angle de 120° les uns par rapport aux autres. Chacun des enroulements est connecté à une source d'alimentation via un commutateur à transistor séparé. Trois capteurs Hall sont utilisés pour contrôler les transistors. Le courant circule dans chacun des enroulements pendant un tiers du cycle. Ce courant pulsé a une composante constante, qui ne crée pas de couple, mais augmente les pertes thermiques des bobinages. Un moteur à trois enroulements peut être allumé selon un circuit pleine onde contenant six transistors (Fig. 29, b).

Un moteur à quatre enroulements sur le stator est relativement peu coûteux, car avec quatre transistors, il n'utilise que deux capteurs Hall, ce qui simplifie le circuit de commande. Les enroulements 1-4 (Fig. 30, a, b) sont situés sur le stator à un angle de 90 °. Les capteurs Hall sont excités par les aimants permanents du rotor du moteur. Il existe deux façons de contrôler le moteur : commutation à 90 degrés et à 180 degrés. Dans une commutation à 90 degrés, à un moment donné, le courant ne traverse qu'un seul des quatre enroulements.

Le circuit de commande du moteur est illustré à la Fig. 31, et l'emplacement des aimants de commande et des capteurs Hall est illustré à la Fig. 32. Avec cette disposition, les transistors s'allument dans l'ordre suivant : VT1, VT3, VT2, VT4.

Avec une commutation à 180 degrés, la conception du moteur est la même, mais le courant circule dans chacun des quatre enroulements pendant un demi-cycle, ce qui entraîne le chevauchement des courants dans les enroulements. Les capteurs à effet Hall ne fonctionnent pas à partir d'aimants permanents, mais à partir d'un rotor aimanté. Par conséquent, la forme de la tension de sortie des capteurs Hall est cosinus, et les transistors VT1-VT4 ne fonctionnent pas en mode pulsé, mais en mode linéaire. Le mode de commutation à 180 degrés peut également être mis en œuvre dans un moteur à deux enroulements, si deux transistors à deux alimentations sont inclus dans le circuit de chaque enroulement.

Pour maintenir la valeur de consigne de la fréquence de rotation du moteur sans balai, vous pouvez utiliser le schéma de la Fig.33.

La FEM de l'enroulement du stator est utilisée comme signal de retour, qui est proportionnel à la vitesse du rotor. Le circuit de sélection de tension maximale est monté sur des diodes. Sur les quatre diodes, une seule est ouverte, celle qui a actuellement la tension la plus élevée. Le résultat est un redresseur quadriphasé, sa composante constante de la tension de sortie est proportionnelle à la vitesse de rotation. A l'entrée du transistor VT6, un condensateur C6 est inclus, ce qui lisse l'ondulation du redresseur. Avec une augmentation de la vitesse de rotation, le courant du transistor VT6 augmente, ce qui entraîne une diminution du courant dans le transistor VT5, ce qui signifie que le courant des sorties des capteurs Hall aux transistors VT1-VT4 diminue. Cela se traduit par une réduction du régime moteur.

Moteurs pas à pas

Il existe de nombreux dispositifs et dispositifs dans lesquels la tâche de positionnement rapide et précis d'une unité ou d'un corps de travail particulier est attribuée à l'entraînement électrique. Dans ces cas, des moteurs électriques à mouvement discret (pas à pas) du rotor sont utilisés. Un moteur qui convertit des impulsions électriques en impulsions mécaniques est appelé moteur pas à pas.

En plus du moteur pas à pas, la structure de l'entraînement électrique pas à pas comprend une unité de commande électronique (Fig. 34), où 1 est le maître ; 2 - schéma de contrôle ; 3 - unité électronique ou microprocesseur; 4 - interrupteur ; 5 - bloc d'alimentation ; 6 - réseau d'approvisionnement ; 7 - moteur). Les moteurs pas à pas fonctionnent principalement sur le principe d'un moteur synchrone, ils présentent donc des inconvénients similaires - la possibilité de tomber hors du synchronisme et la tendance du rotor à osciller lors de l'élaboration du pas.

conception. Un moteur pas à pas se compose, pour ainsi dire, de plusieurs moteurs dont les enroulements ont des sens d'enroulement avant et arrière. Comme les enroulements sont uniformément répartis sur la circonférence du stator, le rotor suit les enroulements successivement commutés (Fig. 35). Le rotor est en matériau magnétiquement dur ou magnétiquement doux, ainsi que leur combinaison. Dans les deux derniers cas, le rotor est denté. Sur la Fig. 35, b, chaque partie du rotor a quatre dents. Avec le nombre de m colis et 2p pôles, le rotor fait z pas z = 2pm en un tour. Le nombre de pas détermine la taille du pas en termes d'angle αt ; = 2p/z. La structure de la figure 35b a m = 3 et 2p = 4, ce qui correspond à z = 12 et α = 30°.

Le mode de fonctionnement avec commutation d'enroulements simples est appelé mode pas à pas. Cependant, il est possible d'activer simultanément deux enroulements adjacents dans la conception de la Fig. 35, a. tandis que le rotor tourne d'un demi-pas. Ce mode est appelé mode pas fractionnaire. Dans ce cas, le coefficient k doit être introduit dans l'expression de z en tenant compte du mode de fonctionnement du moteur. Pour le mode pas à pas complet, k = 1, pour le mode pas à pas fractionné, k = 2. La séparation des pas vous permet de réduire le nombre d'enroulements, de simplifier le circuit de commande et de réduire le coût du variateur.

En plus d'augmenter le nombre d'enroulements, le pas peut être réduit en augmentant le nombre de pôles ou de dents du rotor. Dans ce cas, des exigences accrues sont imposées à la précision de la fabrication du rotor. De plus, un rotor multipolaire est beaucoup plus difficile à magnétiser. Par conséquent, non seulement le rotor est engrené, mais également le stator (Fig. 36).

Le stator et le rotor ont une certaine différence dans le nombre de dents. Les dents "supplémentaires" du rotor sont situées entre les pôles du stator. Dans cette conception, il est également possible de mettre en œuvre des modes de pas complet et fractionnaire. Si des courants d'une certaine valeur traversent l'enroulement du stator, en principe, n'importe quelle étape peut être obtenue, mais cela entraînera une complication importante de l'unité de commande. Des réducteurs peuvent également être utilisés pour réduire le pas. Dans ce cas, le moment sur l'arbre du mécanisme entraîné augmente et son moment d'inertie diminue, et les frottements dans la boîte de vitesses contribuent à amortir les oscillations du rotor du moteur pas à pas. Mais l'utilisation d'une boîte de vitesses entraîne une augmentation de l'erreur de calcul de l'étape.

Un moteur avec un rotor à aimant permanent est appelé moteur à rotor actif (moteur PM). Un moteur dont le rotor est constitué d'un matériau magnétique doux est appelé moteur à réluctance (moteur VR). Ce moteur doit avoir au moins trois enroulements, alors que dans un moteur PM il suffit d'avoir deux enroulements. De plus, il existe des conceptions qui combinent les caractéristiques des moteurs avec un rotor actif et réactif. Dans ces conceptions hybrides, le rotor à aimant permanent a également des dents.

La comparaison de trois types de moteurs pas à pas est présentée dans le tableau 1

Tableau 1

Les moteurs pas à pas peuvent fournir non seulement un mouvement de rotation, mais également un mouvement de translation du mécanisme d'entraînement électrique. Ces moteurs pas à pas sont appelés linéaires. Ils sont utilisés, par exemple, pour positionner divers appareils sur le plan XY, tandis que le déplacement le long de chaque coordonnée est effectué à l'aide d'un enroulement séparé. En plus des moteurs pas à pas linéaires électromagnétiques, il existe des moteurs piézoélectriques. La figure 37a montre un schéma d'un tel moteur. Sa conception comprend deux électroaimants M1 et M2 (1), qui peuvent coulisser sur une poutre en acier 4, et un câble piézoélectrique 3.

La conception du câble piézoélectrique est illustrée à la Fig. 37b. Si une tension est appliquée aux électrodes 2, alors, selon sa polarité, les éléments du câble 5 seront comprimés ou étirés. Lorsque la tension est appliquée aux enroulements des électroaimants, ils seront fixés sur la poutre en acier. La figure 37c montre la séquence d'impulsions de tension appliquées aux enroulements des électroaimants et aux électrodes du câble piézoélectrique, ainsi que le processus de déplacement des électroaimants.

Schémas de contrôle. La figure 38 montre des circuits de commande de moteur pas à pas dans lesquels deux méthodes de commande principales sont mises en œuvre - unipolaire et bipolaire. Avec une commande unipolaire (Fig. 38, a), un moteur pas à pas à deux paquets est utilisé, sur chaque paquet de stators A et B dont il y a deux enroulements A1, A2 et B1, B2. Les enroulements de chaque paquet forment une paire de pôles et créent une force magnétisante de signe différent.

La figure 39 montre un schéma de l'inclusion d'un moteur avec un rotor hybride. L'enroulement annulaire de chaque bloc de stator à pôles à griffes contient deux demi-enroulements.

Le circuit de commande de la Fig. 38, a est simple, mais l'utilisation du moteur se dégrade, puisqu'un seul des deux enroulements du stator est en fonctionnement. Avec le contrôle bipolaire (Fig. 38b), l'utilisation du moteur augmente, bien que le schéma de contrôle devienne également plus compliqué. Par conséquent, cette méthode de contrôle est utilisée dans les moteurs électriques avec des exigences accrues en matière d'indicateurs de poids et de taille.

Contrôle moteur

Les équations décrivant le moteur pour chaque phase sont :

Vm = Rm Im + Em;

Em=K₁w;

M=N₂je suis,

où Vm est la tension appliquée ; Im - courant consommé ; Em - tension d'auto-induction; Rm - résistance d'enroulement ; M moment des efforts sur l'arbre ; w - vitesse angulaire de rotation du rotor; POUR₁ et K₂ - coefficients de proportionnalité.

Ainsi, pour chaque phase de la tension d'entrée, le moteur est représenté par un circuit équivalent constitué d'une résistance et d'une source de tension connectées en série. La résistance est la résistance des enroulements, la source de tension est la tension d'auto-induction des enroulements (Fig. 40).

Les moteurs fonctionnent dans l'un des deux modes. Dans le premier mode, le régime du moteur est défini par la fréquence de la tension qui lui est fournie. Dans le deuxième mode, le moteur lui-même, en commutant les enroulements avec des balais ou en commutant les enroulements en fonction des signaux des capteurs de position, règle la vitesse en fonction de la tension appliquée et de la charge sur l'arbre. Le contrôle des moteurs à courant continu se réduit à lui fournir la tension requise d'une polarité donnée, car la valeur de la tension définit la vitesse et la polarité définit le sens de rotation. Un circuit d'étage de sortie typique et le fonctionnement des commandes de contrôle sont illustrés à la Fig.41.

Du circuit de commande signale F (avant) - avant et R (arrière) - arrière. Ces signaux modifient la polarité de la tension appliquée au moteur. Si ces commandes sont simultanément appliquées (F = R = 1) ou supprimées (F = R = 0), alors le moteur tourne soit en mode freinage, soit en mode arrêt. La différence entre les deux est que le moteur est pratiquement court-circuité pendant la décélération. En mode arrêt, le moteur tourne dans des conditions proches du ralenti, c'est-à-dire tourne par inertie. C'est au freinage que le moteur s'arrête le plus rapidement, car l'énergie cinétique emmagasinée dans le rotor est dissipée par la résistance du bobinage.

Comme le montre la figure 41, la tension appliquée au moteur ne peut pas être supérieure à la tension à la broche Vc (contrôle de tension). La tension sur cette broche n'est pas linéaire, mais liée de manière monotone à la tension sur le moteur, elle est donc utilisée pour le contrôle de la vitesse.

La figure 42 montre l'application de la puce ROHM BA6219B pour contrôler le moteur à courant continu de l'arbre d'entraînement du magnétoscope. Ici, comme ci-dessus, les commandes F et R définissent le sens de rotation. Ils sont alimentés par le micro-ordinateur pilotant le lecteur de bande, la tension de commande Vc est générée dans le servo processeur

Commande de moteur pas à pas

Pour un moteur pas à pas, la rotation à l'angle minimum (pas) est effectuée lorsque la phase de la tension d'alimentation change. Pour un moteur à p paires de pôles, le pas est π/(np). Pour la commodité de fixer le nombre d'étapes en code binaire, le nombre d'enroulements est choisi égal à la puissance de 2 (généralement 4). Des tensions à ondes progressives, qui créent un champ magnétique tournant, sont formées à partir des signaux reçus à l'entrée du circuit de commande sous forme numérique. Une caractéristique du fonctionnement d'un moteur pas à pas est qu'après avoir tourné d'un angle donné, le rotor doit maintenir sa position occupée, c'est-à-dire le courant doit circuler dans les enroulements. Par conséquent, les enroulements sont alimentés en courant et non en tension. Une version visuelle de l'étage de sortie du circuit de commande du moteur pas à pas est illustrée à la Fig. 43.

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Les signaux numériques D0 et D1, à partir desquels sont formées les tensions d'onde progressive, sont générés par le compteur réversible CT2. Le nombre de pas NS est chargé dans le compteur par la commande d'écriture WR. Le compteur compte jusqu'à ce que son contenu soit nul. A ce moment, zéro apparaît à la sortie de transfert P, et le comptage s'arrête, puisque le signal P ferme la vanne qui fournit des impulsions de la fréquence de pas FS à l'entrée de comptage du compteur. La cadence est généralement générée à partir de la fréquence d'horloge par un compteur ou une minuterie. Le signal FR fixe le sens de comptage et donc le sens de rotation du moteur. Le signal STOP est utilisé pour arrêter le moteur.

Les circuits de commande pratiques ont une logique de commande plus ramifiée, un étage de sortie ponté et, en règle générale, contiennent un limiteur de courant à largeur d'impulsion. La logique de commande est généralement complétée par des signaux d'inhibition et de rotation de phase. L'étage de sortie en pont est installé pour changer la direction du courant dans l'enroulement du moteur lorsqu'il est alimenté par une source unipolaire. La commande de rotation de phase change le sens du courant : selon sa valeur, les transistors d'une seule des diagonales de l'étage de sortie fonctionnent. Le limiteur de courant à largeur d'impulsion permet de réduire la puissance dissipée par l'étage de sortie.

Le dispositif d'un circuit de commande de moteur pas à pas typique est illustré à la Fig. 44 (un seul étage de sortie).

L'entrée de contrôle de polarité P ouvre la porte G1 ou G2, ainsi le signal numérique de l'entrée IN1 (entrée phase 1) ouvre les transistors d'une seule des diagonales du pont : T1, T4 à P = 1 et T2, T3 à P = 0. La polarité de la tension change en conséquence, appliquée à l'enroulement du moteur. Le limiteur de largeur d'impulsion se compose d'une résistance de détection de courant, d'un comparateur et d'une minuterie. La minuterie se compose d'une diode, d'un circuit RC et d'un déclencheur de Schmitt. Le limiteur stabilise le courant dans l'enroulement selon le niveau Imax = Vref/Rs comme suit. Supposons qu'à un instant donné P = 1, IN1 = 1, Q = 1 (le condensateur du circuit RC du temporisateur est déchargé), la tension aux bornes de la résistance de mesure de courant Rs est inférieure à Vref : IL Rs < Vref (IL est le courant à travers l'inductance de l'enroulement). Dans ce cas, les transistors T1 et T4 sont ouverts, et le courant IL augmente progressivement jusqu'à Imax. Une fois le comparateur déclenché, le condensateur du circuit RC de la minuterie sera chargé via la diode D. Pendant le temps Tm (durée de décharge du condensateur), les transistors T1 et T4 vont se fermer. Pendant ce temps, une tension de polarité inverse est appliquée à l'enroulement et le courant diminue de dI = VL(Tm/L). VL \u1d Vm - tension sur l'enroulement, L - inductance de l'enroulement du moteur. Après la fin de l'impulsion de la minuterie, les transistors T4 et T2 s'ouvriront et la polarité de la tension sur l'enroulement changera à nouveau. Le courant dans l'enroulement recommencera à augmenter, et il augmentera de la valeur de dI presque dans le même temps Tm, car pendant la diminution du courant, la tension sur l'enroulement est presque la même que pendant l'augmentation. Par conséquent, le courant moyen Iw dans l'enroulement Iw = Imax - dI/XNUMX.

Un moteur pas à pas peut être amené à fonctionner en mode roue libre, sa vitesse sera alors déterminée par la tension appliquée et la charge sur l'arbre. Pour ce faire, il faut que les impulsions à partir desquelles se forment les tensions de l'onde progressive soient générées en fonction de l'angle de rotation du rotor, c'est-à-dire son poste. La conception et le fonctionnement du circuit de commande du moteur pas à pas en mode roue libre sont illustrés à la Fig.45.

Pour plus de clarté, le moteur considéré a une paire de pôles de rotor et deux enroulements de stator. Les enroulements sont connectés via des résistances de limitation de courant, les tensions des capteurs sont alimentées aux entrées des déclencheurs de Schmitt. La figure 45, c montre les quatre combinaisons possibles de signes de courant dans les enroulements et les positions correspondantes du rotor. Ils sont à un angle de 45° par rapport à la verticale, exactement à l'opposé des encodeurs. Lorsque le rotor se trouve à proximité du capteur, la gâchette correspondante est activée, en conséquence, un courant est fourni aux enroulements, attirant le rotor vers le capteur suivant dans le sens de rotation. Lors de la rotation dans le sens négatif (dans le sens des aiguilles d'une montre), le contact de l'interrupteur est relevé (FR \u1d 1), la tension V1 commute le courant I1 dans l'enroulement 0, V0 - le courant I0 dans l'enroulement 0. En position initiale, lorsqu'il n'y a pas de courant s'écoule à travers les enroulements, le rotor est attiré pôle vers le noyau de l'une des bobines, c'est-à-dire occupe une position à un angle de 90 ou XNUMX° par rapport à la verticale.

Lors de la mise sous tension, les déclencheurs seront réglés sur certains états, le rotor aura tendance à prendre la position appropriée. En même temps, il atteindra ou passera par le capteur, provoquant le déclenchement de la gâchette correspondante, après quoi le rotor commencera à tourner uniformément. Notez que le fonctionnement décrit et en particulier la procédure de démarrage est fiable si les capteurs génèrent une tension uniquement par position, sans influence de la vitesse du rotor. Les capteurs les plus simples et les plus fiables avec ces propriétés sont les capteurs Hall, ils ont donc pratiquement remplacé tous les autres types de capteurs utilisés dans les moteurs.

Un enregistreur à cassette a généralement un seul moteur à courant continu qui ne change pas de direction. Dans la grande majorité des magnétophones, un moteur à rotor tripolaire est installé, dont le fonctionnement et la conception sont illustrés à la Fig. 45.

Les exigences de stabilité de vitesse sont satisfaites par un circuit régulateur qui fonctionne en mesurant la tension d'auto-inductance du moteur. Cette tension est directement proportionnelle à la vitesse de rotation et peut donc servir de capteur de vitesse. Le circuit de stabilisation doit maintenir la tension d'auto-induction égale à celle spécifiée.

La figure 46 montre l'un des schémas les plus illustratifs qui mettent en œuvre cette idée. Dans ce schéma, la stabilisation de la vitesse est effectuée en comparant les tensions sur le moteur et son modèle. Le moteur est représenté par une résistance Rm et une source de tension Em. Le modèle est constitué d'une résistance R2 et d'une source de tension de commande Vc. La résistance R2 représente la résistance du moteur ; Vc - régler la tension d'auto-induction. Les résistances R1, Rm, R2, R3 forment un pont pour mesurer la différence de tension Vc et Em. Avec un gain suffisamment grand, on peut supposer que V1 = V2, et le moteur tournera à une vitesse w0 donnée quelle que soit la charge sur son arbre.

La figure 47 montre un schéma fonctionnel du circuit intégré Toshiba TA7768F, dans lequel la tension de référence est directement soustraite de la tension du moteur. Pour utiliser cette puce, vous devez connaître le rapport de la résistance des résistances R1 / R2.

Pour une vitesse fixe, le circuit à trois broches est le plus populaire (Fig. 48). Dans celui-ci, un courant kIm est fourni à la résistance R1 à travers le miroir de courant, qui est proportionnel au courant Im traversant le moteur. Le courant dans la résistance R2 et le courant consommé par le circuit de commande traversent également la résistance R1, de sorte que le courant du moteur doit être suffisamment important pour être négligeable.

Dans les magnétophones à mouvement de bande inversé, il est nécessaire de stabiliser la vitesse de rotation du moteur dans les deux sens. Pour ce faire, un stabilisateur classique est complété par un interrupteur permettant de connecter le moteur dans une certaine polarité.

Lors de la configuration des circuits décrits, une résistance est d'abord sélectionnée qui simule la résistance des enroulements du moteur, à partir de la condition de l'effet minimum de la charge sur la vitesse du moteur. Ensuite, une résistance est sélectionnée qui définit la vitesse de rotation. Le moteur de l'arbre d'entraînement du magnétoscope est multiphasé pour réduire les irrégularités de sa rotation, et des tensions sinusoïdales sont appliquées aux enroulements. Dans la grande majorité des cas, des moteurs triphasés avec capteurs à effet Hall sont utilisés. Le dispositif moteur est illustré à la Fig. 49, a. Son fonctionnement est le même que celui d'un moteur pas à pas.

Le circuit de la Fig. 49, a se compose de trois blocs identiques (canaux), dans chacun desquels une tension V est formée pour l'enroulement de sa phase. Le bloc se compose d'un capteur, d'un trigger de Schmitt, d'un shaper et d'un étage de sortie. Le moteur est représenté par un rotor bipolaire, les bobinages sont situés en face des capteurs. Au moment indiqué sur la Fig. 49, a, le pôle nord du rotor est situé au niveau du capteur de phase A, c'est-à-dire jusqu'à ce moment, un courant circulait dans l'enroulement de la phase A, attirant vers lui le pôle du rotor. Lorsque le rotor s'approche du capteur de phase A, la tension qui y est induite fait basculer la gâchette de la phase A. Le basculement de la gâchette provoque l'application d'un courant à une autre phase de l'enroulement, en fonction du sens de rotation : pour que le rotor tourner dans le sens antihoraire, le courant doit être fourni à l'enroulement de la phase C, et pour tourner dans le sens horaire - dans l'enroulement de la phase B. Le chronogramme de fonctionnement est illustré à la Fig. 49, b.

La stabilisation de la vitesse de rotation de l'arbre d'entraînement est réalisée par l'impulsion de commutation des têtes avec une précision de phase. L'impulsion de commutation de tête est une impulsion de fréquence de trame symétrique attribuée de manière unique aux champs de trame. Lors de l'enregistrement, une impulsion est utilisée qui est appliquée à la tête de commande, qui est lue à partir de celle-ci pendant la lecture. Le schéma fonctionnel de la commande du moteur de l'arbre d'entraînement est illustré à la Fig.50.

Le capteur de vitesse est un disque d'engrenage monté sur le rotor du moteur et un capteur Hall situé sur le stator. La fréquence des impulsions de tension en sortie du capteur Hall est directement proportionnelle à la vitesse de rotation du rotor. Le signal du capteur de vitesse est amplifié, limité et transmis aux détecteurs de fréquence (FR) et de phase (PD). Les signaux de sortie des détecteurs sont sommés et transmis à l'étage de sortie. Les commandes de freinage et le sens de rotation lui sont également apportés. La tension de l'étage de sortie est appliquée au moteur.

La composition des circuits intégrés pour le contrôle du moteur ne comprend que des nœuds individuels du schéma structurel Fig.50. Le plus souvent, il comprend un étage de sortie et un amplificateur de capteur de vitesse, puisqu'ils sont directement reliés au moteur.

La figure 51, a montre un schéma fonctionnel de la puce KA8329 (Samsung), et la figure 51, b - HA13406W (Hitachi).

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Calcul des moteurs électriques

Les données nominales du moteur sont appelées puissance, vitesse et tension. La puissance du moteur est exprimée en watts. Il ne s'agit pas de la puissance consommée à la source, mais de la puissance mécanique sur l'arbre. Le choix de la puissance dépend de la destination du moteur. Ainsi, pour les jouets et modèles électriques, une puissance allant jusqu'à 3 W suffit, pour un petit ventilateur - 10-15 W, pour une scie circulaire - des centaines de watts. La puissance du moteur est étroitement liée à la vitesse de rotation.

Pour une puissance donnée, plus le régime moteur est élevé, plus sa taille est petite et moins il faudra de matériaux. Les moteurs à collecteur CC et CA peuvent être conçus pour n'importe quelle vitesse de rotation (même jusqu'à 10000 5000 tr/min). Mais, compte tenu des conditions de fonctionnement fiable des balais sur le collecteur, il est déconseillé de construire des moteurs pour une vitesse de rotation supérieure à XNUMX tr/min.

Dans les moteurs asynchrones de tous types, la vitesse du rotor dépend de la fréquence du courant alternatif, qui reste inchangée. Pour les moteurs bipolaires, les plus couramment utilisés, la vitesse synchrone à 50 Hz est de 3000 tr/min (avec glissement, 2900 tr/min). De telles vitesses de rotation sont rarement utilisées directement, généralement une boîte de vitesses est placée entre le moteur et le mécanisme entraîné.

La tension du moteur est déterminée par l'alimentation. Un moteur électrique automobile, par exemple, compte sur la tension de la batterie.

Le calcul des moteurs à courant continu commence par la détermination de deux dimensions principales : le diamètre et la longueur de l'induit. Ces dimensions sont incluses dans la formule

D²l = Pa10⁹/1,1 AS B n (cm³), (sept)

où D est le diamètre de l'ancre, cm; l - longueur de l'ancre, cm; Pa - puissance de calcul, W ; AS - charge linéaire de l'ancre, A/cm ; B - induction magnétique dans l'entrefer, Gs; n - vitesse de rotation nominale, tr/min.

Le côté gauche de la formule (1) est proportionnel au volume de l'induit. Comme on peut le voir du côté droit de (1), le volume d'induit est proportionnel à la puissance du moteur Pa et inversement proportionnel à la vitesse de rotation n. De cela, nous pouvons conclure que plus la vitesse de rotation de l'induit du moteur est grande, plus ses dimensions sont petites, et les dimensions des autres parties du moteur dépendent de la taille de l'induit.

Puissance moteur estimée

Pa = EI = P(1 + 2y)/3y (W), (2)

où E est la force électromotrice induite dans l'enroulement d'induit lorsqu'il tourne dans un champ magnétique ; I - courant consommé par le moteur à partir de la source, A; P - puissance nominale du moteur, W; y - rendement du moteur, dont la valeur peut être déterminée à partir de la Fig. 52 (comme on peut le voir sur la courbe, la valeur de rendement diminue fortement avec une diminution de la puissance du moteur). La puissance nominale du moteur est toujours supérieure à la puissance nominale.

Courant consommé par le moteur

Je \u3d P / U y (A), (XNUMX)

où U est la tension nominale.

Définissons l'EMF E :

E \u4d Pa / I (B). (quatre)

Charge d'induit linéaire

AS = NI/2πD (A/cm). (5)

Dans la formule (5) N désigne le nombre de conducteurs d'enroulement d'induit, les deux au dénominateur montrent que le courant d'induit total I se branche entre deux conducteurs d'enroulement, le produit πD est la circonférence d'induit.

La charge linéaire AS et l'induction magnétique dans l'entrefer B sont appelées charges électromagnétiques. Ils montrent à quel point le moteur est chargé électriquement et magnétiquement. Ces valeurs ne doivent pas dépasser une certaine limite, sinon le moteur surchauffera pendant le fonctionnement.

Le chauffage du moteur dépend non seulement des charges électromagnétiques, mais également de la durée de son fonctionnement. Certains moteurs tournent longtemps sans s'arrêter (moteurs de ventilateur). D'autres moteurs fonctionnent par intermittence, pendant lesquels ils ont le temps de se refroidir (moteurs d'aspirateurs, de réfrigérateurs). Le fonctionnement du moteur avec des interruptions est appelé fonctionnement intermittent.

Vous pouvez déterminer la charge linéaire et l'induction magnétique selon les Fig. 53 et 54 (où les puissances nominales divisées par les vitesses de rotation nominales sont tracées le long de l'axe horizontal, par exemple, à une puissance de 15 W et une vitesse de 3000 tr/min, il faut prendre le chiffre 5 sur l'axe des abscisses).

Passons à la formule (1). Dans celui-ci, le diamètre et la longueur de l'ancre sont interconnectés par un certain rapport. Notons le rapport l/D = k. La valeur de k pour les petits moteurs est comprise entre 0,7 et 1,2. Si un moteur avec une longueur plus courte mais un diamètre plus grand est requis, alors choisissez k = 0,7. A l'inverse, si le moteur doit être placé dans un tuyau de petit diamètre, alors choisissez k = 1,2. En introduisant la relation l/D = k dans (1), on se débarrasse d'une inconnue l, et la formule (1) prend la forme suivante :

D = (Pa10⁹/1,1k AS B n)^1/3 (cm). (6)

Après avoir calculé la valeur de D, on trouve l par le coefficient k. Ainsi, les dimensions principales du moteur sont déterminées. Calculons maintenant les enroulements d'induit. Pour ce faire, vous devez déterminer le flux magnétique du moteur. Si l'induction magnétique dans l'entrefer est multipliée par la zone à travers laquelle les lignes de force pénètrent dans l'induit, nous obtenons le flux du moteur

Ф = B atl, (7)

où t est la division des pôles, c'est-à-dire partie de la circonférence de l'induit par pôle. Dans un moteur bipolaire, t = πD/2. Le coefficient a est généralement pris égal à 0,65. La valeur de B est trouvée selon le graphique de la Fig.54. Le nombre de conducteurs d'induit est déterminé par la formule

N = E 60 10⁸/Fn. (huit)

Le nombre de conducteurs ne peut pas être un nombre entier. Les conducteurs d'enroulement d'induit doivent être également répartis sur les fentes d'induit. Le nombre de fentes Z est déterminé à partir de la relation Z = 3D. Il est recommandé de prendre le nombre impair le plus proche. Le nombre de conducteurs dans la fente Nz = =N/Z doit être pair pour enrouler le bobinage en deux couches. Ce choix sera expliqué par un exemple.

La section du fil pour l'enroulement d'induit S peut être déterminée en divisant le courant dans le conducteur I par la densité de courant g : S = I / 2g. La courbe 1 de la Fig. 55 peut être utilisée pour sélectionner la densité de courant.

Cette section est préliminaire. Selon le livre de référence (par exemple, "Composants et matériaux radio", p. 8), vous devez trouver la section d'un fil standard la plus proche de celle calculée. Dans le même tableau, on trouve le diamètre du fil d.

Déterminons maintenant la taille de la rainure. Sa section W, nécessaire pour recevoir les fils de bobinage,

L=j² Nz/Kz (mm²). (sept)

Le coefficient Kz est appelé facteur de remplissage de la gorge. Il montre à quel point les conducteurs remplissent la rainure. Lors du calcul, vous pouvez prendre

Kz = 0,6-0,7.

Lors de la fabrication de l'ancre, la section de la rainure doit être encore plus grande que selon la formule (9), car un manchon isolant 2 de 0,2 mm d'épaisseur et une cale 3 en carton de 0,3 mm d'épaisseur doivent encore y tenir (Fig. 56) .

La surface occupée par le manchon,

Sg = p tg (mm2), (10)

où p - périmètre de la rainure, mm; tg - épaisseur du manchon, mm.

zone de coin

Sc = hk bk (mm2), (11)

où hk - épaisseur du coin, mm; bk - largeur du coin, mm.

Ainsi, la section totale de la rainure est Sp \u2d W + Sg + Sk. Pour une rainure ronde, le diamètre peut être déterminé à partir de sa section transversale complète dp = XNUMX Sp / p (mm).

Après avoir déterminé la taille de la rainure selon la Fig. 56, il est possible de calculer l'épaisseur de la dent. Tout d'abord, nous trouvons le diamètre du cercle Dn, sur lequel se trouveront les centres des rainures. Pour ce faire, soustrayez le diamètre de la rainure + 1 mm au diamètre de l'ancre

D_n = ré - (ré_n + 1).

Distance entre les emplacements adjacents

t = pD_n/Z (mm),

épaisseur de dent

b_z = t - ré_n (mm). (quatre)

L'épaisseur de la dent au point étroit doit être d'au moins 2 mm. Si cela ne fonctionne pas, il faut découper des rainures de forme complexe, et comme cela est difficile, il est possible d'augmenter le diamètre de l'ancre de manière à obtenir des dents d'une épaisseur d'au moins 2 mm. La fente de la rainure "a" doit être supérieure de 1 mm au diamètre du fil d_de.

Coupe transversale d'une brosse en carbone ou en graphite

S_щ = je/j_щ(5)

où d_щ - densité de courant sous la brosse.

Passons au calcul du système magnétique. Pour un moteur fait maison, il est plus simple d'utiliser un système magnétique de type ouvert (Fig. 57, où 1 est du papier imprégné, 2 est une bride, 3 est une bobine).

Tout d'abord, nous déterminons l'entrefer q entre l'armature et les pôles. Dans les machines à courant continu, un écart accru est pris, ce qui réduit l'effet démagnétisant du champ magnétique d'induit. Trou d'air

q = 0,45 t AS/B (cm). (6)

Les dimensions du système magnétique sont calculées à partir des inductions magnétiques. Lors du calcul du système magnétique de pôles et du cadre, la valeur du flux magnétique doit être augmentée de 10%, car une partie des lignes de force se ferme entre les côtés du cadre, en contournant l'ancre. Par conséquent, le flux magnétique des pôles et du lit

Fst \u1,1d XNUMXF.

On accepte l'induction dans le référentiel Vst = 5000 Gs (0,5 T).

Nous déterminerons la longueur du lit Lst selon le croquis de la Fig. 58.

Si la forme du cadre correspond à la Fig. 59 (où 1 est une bobine ; 2 est un pôle ; 3 est un rivet), alors le flux du cadre Fst doit être divisé en deux, car il bifurque le long de deux chemins parallèles.

Sur la figure 58, la ligne pointillée montre le chemin du flux magnétique. Il se compose des sections suivantes : deux entrefers, deux dents, une ancre et un cadre. Pour savoir quelle force de magnétisation Iw la bobine de champ doit avoir, il faut calculer Iw pour chacune de ces sections, puis les additionner toutes.

Commençons par l'entrefer. Force de magnétisation de l'entrefer

I_w = 1,6 qko, (7)

où q est l'entrefer du côté de l'ancre (cm); k - coefficient qui peut être pris k = 1,1 ; B - induction dans l'entrefer (Gs).

Pour déterminer la force de magnétisation (n.s.) des dents de l'armature, vous devez connaître l'induction dans la dent. L'épaisseur de la dent est déterminée par la formule (4). Le flux magnétique pénètre dans la dent par la partie de la circonférence de l'induit par dent. C'est ce qu'on appelle la division dentaire et est déterminé par la formule

t₁ = pD/Z. (huit)

L'induction dans la dent sera autant de fois supérieure à l'induction dans l'entrefer, combien de fois l'épaisseur de la dent est inférieure à la division de la dent. De plus, il faut tenir compte du fait qu'une partie de la longueur de l'armature est occupée par des couches isolantes entre les tôles, qui représentent 10 %. Par conséquent, l'induction dans la dent

B_z = B_t/b_z 0,9. (dix)

Selon le tableau 2, cette induction correspond à l'intensité de champ Hz.

Tableau 2

Pour calculer n.s. par deux hauteurs de dent, Hz doit être multiplié par deux fois la hauteur de dent I_wz = H_z 2h_z. Dans le tableau, dans la colonne verticale, l'induction magnétique est tracée, exprimée en milliers de gauss, et sur la ligne horizontale - en centaines de gauss. Si, par exemple, l'induction est de 10500 Gs, alors la valeur souhaitée de l'intensité du champ se trouve à l'intersection de la ligne 10000 et de la colonne 500 (dans ce cas 6,3). La force de magnétisation peut être déterminée en multipliant l'intensité par la longueur de la ligne de champ.

Lors du calcul de l'induction dans le noyau d'induit, il convient de tenir compte du fait que le flux magnétique dans celui-ci se ramifie et que, par conséquent, seule la moitié du flux tombe sur une section. La section transversale du noyau d'induit (selon la Fig. 58) est égale à la distance h_a de la base de la rainure à l'arbre, multiplié par la longueur de l'armature h_a = J/2 - h_z - ré_b/2. Vous devez également prendre en compte les couches isolantes entre les feuilles. Ainsi, l'induction dans le noyau d'induit

B_a = Ф/(2h_a0,9).

Cette induction sur le tableau ci-dessus correspond à Ha. Force de magnétisation du noyau d'induit I_w = HL_a, où L_a - la longueur de la ligne électrique dans le noyau selon la Fig. 58 :

L_a = n(J - 2h_z - h_a)/2 (cm).

Comme on peut le voir sur la Fig. 58, ce moteur n'a pas de pôles saillants qui ont fusionné avec le châssis. Par conséquent, le calcul de la partie fixe du circuit magnétique se réduit au calcul du châssis.

La largeur du cadre est déterminée par l'induction donnée B = 5000 Gs.

D'où

b_cm =F_cm/5000 x l x 0,9 (cm).

L'intensité de champ Hcm pour une induction de 5000 Gs est donnée dans le tableau 2. Lors de la détermination de la longueur de la ligne de champ dans le cadre, il y a des difficultés. Après tout, la longueur du côté du lit dépend de l'épaisseur de la bobine, mais elle est inconnue. Par conséquent, nous prenons l'épaisseur de la bobine égale à 30 valeurs de l'entrefer. Après avoir déterminé la longueur de la ligne de champ dans le cadre Lst à partir du croquis, nous calculons la force magnétisante (n.s.) pour le cadre

Iw_siècles =L_siècles Н_siècles.

Maintenant, nous ajoutons le n.s. tous les sites

Iw₀ =Je_d +Iw_z +Iw_a +Iw_siècles .

Un tel n.s. devrait créer une bobine lorsque le moteur tourne au ralenti, mais lorsqu'il est chargé, l'effet démagnétisant du champ magnétique de l'armature apparaîtra. Par conséquent, nous avons besoin d'une marge, que nous calculons par la formule

Iw_p = 0,15 t AS (tours A). (Dix)

Le nombre de spires de la bobine peut être calculé à partir du total Iw : w = Iw/I. Pour déterminer la section transversale du fil, vous devez diviser le courant par la densité de courant (nous le déterminons à partir de la courbe 2 de la Fig. 55. Selon les tableaux du livre de référence "Radio Components and Materials", nous trouvons le plus proche section et diamètre standard du fil dans l'isolant d_de. La surface occupée par les spires de la bobine, F = wd_de2 / k_з (k_з - facteur de remplissage). Divisez la zone F par la longueur de la bobine (sur le croquis l_к) et obtenir sa largeur b_к = F/l_к.

Exemple de calcul de moteur à courant continu

Caractéristiques nominales du moteur : P = 5 W, U = 12 V, n = 4000 tr/min. Selon la courbe de la Fig. 52, nous déterminons le rendement du moteur de 30%, selon la formule (2) - la puissance estimée du moteur

Pa \u5d 1 (2 + 0,3x3) / 0,3x8,9 \uXNUMXd XNUMX W.

Pour trouver les valeurs de AS et B selon les courbes des Fig. 53 et 54, on calcule le rapport de la puissance du moteur, exprimée en milliwatts, à la vitesse de rotation 5000/4000 = 1,25. D'après la Fig. 53, nous trouvons AS = 50 A/cm. De même, d'après la Fig. 54, on trouve l'induction dans l'entrefer B = 2200 Gs. Nous prenons le rapport l/D = 1. Substituons les valeurs numériques des valeurs calculées dans la formule (6) et trouvons le diamètre d'induit D=(8,9x10⁹/1,1x50x2200x4000)^1/2 = 2,6 cm.

Avec k = 1, la longueur de l'ancre est l = 2,61 = 2,6 cm.

Courant d'induit selon la formule (3)

Je \u5d 0,3 / 12x1,4 \uXNUMXd XNUMX A.

FEM de l'enroulement d'induit selon la formule (4)

E \u3,14d 2,6 1,4 / 6,3 \uXNUMXd XNUMX V.

Division polaire de l'ancre t \u3,14d 2,6x2 / 4,1 \uXNUMXd XNUMX cm.

Flux magnétique selon la formule (7)

F \u0,65d 4,1x2,6x2200x15200 \uXNUMXd XNUMX.

Le nombre de conducteurs de l'enroulement d'induit selon la formule (8) N = = 6,3x60x10⁸/ 15200x4000 \u620d 3. Le nombre de rainures d'armature z \u2,6d 7,8x7 \u620d 7. Arrondissez au nombre impair le plus proche z = 88. Le nombre de conducteurs dans la fente est Nz = =2/10= 2. Ce nombre est divisible par 1,4, il n'est donc pas nécessaire de l'arrondir. La section transversale du conducteur d'enroulement d'induit à d = 2A / mm10 s = 0,07 / 2xXNUMX = XNUMX mmXNUMX.

Selon la courbe 1 Fig.55 avec une section de 0,07 mm² il faut prendre la densité de courant de 8 A/mm2. Ajuster la section du fil 0,07x10/8 = 0,085 mm² et diamètre du fil 0,33 mm. Compte tenu de l'épaisseur de l'isolant, le diamètre du fil isolé est de 0,37 mm². La section de la rainure selon la formule (9) S = diz2 88/0,7 = 17,2 mm2. Le diamètre du cercle occupé par les conducteurs de l'enroulement d0 = (4x17,2 / 3,14) 1/2 = 4,7 mm. Le périmètre du manchon isolant p \u3,14d \u4,7d 14,7x10 \u14,7d 0,2 mm. La surface de la rainure occupée par le manchon selon la formule (2,9) Sg = XNUMX XNUMX = XNUMX mm². La surface de la rainure occupée par le coin, selon la formule (11) Sc = 0,3 3 = 0,9 mm². Section complète de la rainure Sp \u17,2d 2,9 + 0,9 + 21 \uXNUMXd XNUMX mm². Diamètre de rainure dp \u4d (21x3,14 / 1) 2/5,2 \u26d 5,2 mm. Le diamètre du cercle sur lequel se trouvent les centres des rainures, Dp = 1 - (19,8 + 3,14) = 19,8 mm. La distance entre les rainures adjacentes est de 7 8,9/8,9 = 5,2 mm. L'épaisseur de la dent au point étroit bz = 3,7 - 0,37 = 1 mm. Fente fente a \u1,37d 7 + 1,4 \u6d 0,23 mm. Le nombre de plaques collectrices K \uXNUMXd XNUMX. La section transversale de la brosse Ssh \uXNUMXd XNUMX / XNUMX \uXNUMXd XNUMX cm². Vous pouvez prendre un pinceau carré avec des côtés de 5 x 5 mm. L'entrefer entre l'induit et le pôle selon la formule (6, RE 10/2000) est de 0,45x4,1x50/2200 = 0,4 mm.

Pour déterminer n.s. bobines, nous calculerons le circuit magnétique selon la Fig. 58. N.s. entrefer selon la formule (7, RE 10/2000) Iwd = 1,6x0,04x1,1x2200 = 155 tours A.

Division dentaire selon la formule (8, RE 10/2000) t1 = 3,14x2,6/7 = 1,2 cm Induction dans la dent selon la formule (9, RE 10/2000) Bz = 2200x1,2 / 0,37x0,9 , 8000 = 10 gauss. L'intensité du champ dentaire selon le tableau (RE 2000/10, p. 4,05) Нz = 4,05. N.s. dents Iwz \u2d 0,57x4,6x15200 \u2d 0,5 Avitkov. Induction dans le noyau d'induit Ba = 2,6 / 0,9x6500x3,2x3,2 = 1,5 Gs. D'après le même tableau pour cette induction, Na = 4,8. N.s. pour le noyau d'induit Iw = 1,1x15200 = 16700 tours A. Nous déterminons le n.s. pour les parties fixes du circuit magnétique. Le flux magnétique du lit Fst = XNUMXxXNUMX = XNUMX.

Prenons l'induction dans le lit 5000 gauss. Alors la largeur du lit bst = 16700/5000x2,6x0,9 = 1,4 cm Selon le tableau, l'induction de 5000 Gs correspond à la valeur Hst = 2,5. Pour déterminer la longueur de la ligne de champ dans le cadre, nous prenons l'épaisseur de la bobine bk \u30d 30d \u0,04d 1,2x58 \u4,5d 2,5 cm Selon la figure 4,5, nous déterminons la longueur moyenne de la ligne de champ Lst \ u11d 0 cm. lits Iwct \u155d 4,6x4,8 \u11d 175 tours A. Maintenant, nous ajoutons le n.s. toutes les sections IwXNUMX = XNUMX + XNUMX + XNUMX + XNUMX = XNUMX tours A.

Force de démagnétisation selon la formule (10) Iwp = 0,15x4,1x50 = 31 A-tour. Alors n.s. à charge moteur Iw = 175 + 31 = 206 tours A. Le nombre de tours de bobine w = 206 / 1,4 = 147 tours. Nous prenons la densité de courant dans la bobine égale à 5 A / mm², alors la section du fil s = 1,4/5 = 0,28 mm2. La section la plus proche d'un fil standard s = 0,273 mm² et diamètre du fil 0,59 mm. Le diamètre du fil isolé est de 0,64 mm. La surface occupée par les spires de la bobine F = 147x0,642/0,7 = 86 mm². La longueur de la bobine selon la Fig. 58 est égale à lk = 12 mm. D'où l'épaisseur de la bobine bk=86/12=7,2 mm.

Calcul des moteurs asynchrones monophasés

On fixe la puissance moteur P (W), la tension U (V) et la vitesse de rotation n (rpm). Puissance moteur estimée

Valeur η cos φ est tiré de la courbe de la Fig.60.

Diamètre extérieur du stator

Da = (14 Pa)^1/3 (cm). ( 2 )

Diamètre intérieur du stator

D = 0,55 Da (cm). ( 3 )

Longueur du stator l = D (cm). Division polaire t = 3,14 D/2 (cm). On sélectionne l'induction magnétique dans l'entrefer B selon la courbe de la Fig. 54. Le flux magnétique, comme ci-dessus, est déterminé par la formule Ф = a B t l. Pour les moteurs monophasés, la valeur "a" peut être choisie égale à 0,72.

Le nombre d'encoches de stator pour les moteurs avec un enroulement de démarrage commutable est sélectionné comme un multiple de 6. Pour les moteurs d'une puissance jusqu'à 10 W, 12 encoches de stator peuvent être prises. Parmi ceux-ci, 8 seront occupés par l'enroulement de travail et 4 - par celui de départ. Pour les moteurs de plus grande puissance, 18 fentes de stator sont nécessaires (12 fentes - enroulement de travail, 6 - démarrage). Nombre de tours de l'enroulement de travail

w_p = U10^6/2,5 F. ( 4 )

Le nombre de conducteurs dans la rainure de l'enroulement de travail

N_z = 2w_p/z_p, (5)

où z_p - le nombre d'encoches occupées par l'enroulement de travail. Courant dans l'enroulement de travail

Je=P_a/U(A). ( 6 )

La section transversale du conducteur de l'enroulement de travail S = I / d. On retrouve le diamètre du fil dans l'isolant comme ci-dessus. Les dimensions des fentes sont déterminées de manière similaire au calcul des moteurs à courant continu. L'enroulement de démarrage occupe 1/3 des encoches du stator. Le nombre de tours de l'enroulement de démarrage dépend de l'élément qui est activé lors du démarrage en série avec l'enroulement de démarrage. Si la résistance active sert d'élément, le nombre de tours de l'enroulement de démarrage est pris 3 à 4 fois moins que le nombre de tours de l'enroulement de travail. Mais il occupe 2 fois moins de fentes, par conséquent, dans chaque fente, il y aura 1,5 à 2 fois moins de tours que dans la fente de l'enroulement de travail. Nous enroulons l'enroulement de départ avec le même fil que celui de travail. Si un condensateur est utilisé comme élément de démarrage, le nombre de tours de l'enroulement de démarrage est égal au nombre de tours de celui de travail.

Pour que l'enroulement de démarrage rentre dans ses rainures, la section du fil doit être réduite de moitié. Le schéma d'enroulement et l'ordre de pose dans les rainures sont illustrés à la Fig. 61.

Le nombre d'encoches du rotor est sélectionné en fonction du nombre d'encoches du stator. Avec 12 emplacements de stator, vous pouvez prendre 9 emplacements de rotor, et avec 18 emplacements de stator, 15 emplacements de rotor. Le diamètre de la rainure du rotor est choisi de manière à ce que la section totale des tiges du rotor soit 1,5 à 2 fois supérieure à la section totale des conducteurs de l'enroulement de travail du stator. Des tiges de cuivre doivent être enfoncées dans les rainures du rotor, qui sont soudées aux anneaux de fermeture aux extrémités du rotor. La section transversale de l'anneau de fermeture doit être d'environ trois fois la section transversale de la tige. Le couple de démarrage du moteur dépend de la résistance de l'enroulement du rotor, par conséquent, pour un moteur avec un couple de démarrage important, les tiges du rotor doivent être en laiton ou en bronze. L'entrefer entre le stator et le rotor dans les moteurs asynchrones doit être pris aussi petit que possible. Dans les moteurs fabriqués en usine, l'écart est généralement de 0,25 mm. Dans les moteurs maison 0,3-0,4 mm.

Le condensateur de démarrage pour les moteurs à faible puissance est généralement de 3 à 10 uF. Il faut garder à l'esprit qu'une tension est générée aux bornes du condensateur qui est très supérieure à la tension du secteur, les condensateurs doivent donc être réglés à une tension égale à trois fois la tension du secteur. Avec une diminution de tension, la capacité du condensateur augmente selon une loi quadratique, par conséquent, pour une tension de fonctionnement de 12 V, il faudrait prendre des condensateurs d'une capacité énorme (jusqu'à 1000 microfarads).

Un exemple de calcul d'un moteur asynchrone monophasé

Données nominales : puissance 3 W, tension 220 V, vitesse de rotation 3000 tr/min, fonctionnement intermittent du moteur. D'après la courbe de la Fig. 60 on trouve le produit η cosφ = 0,25.

Puissance moteur estimée selon la formule (1) P_а = 3 / 0,25 = 12 V.A. Le diamètre extérieur du stator selon la formule (2)

D_a =(14x12)^1/3 = 5,5 cm.

Pour simplifier, prenons la forme du stator sous la forme d'un carré décrit près du diamètre extérieur (Fig. 62).

Le diamètre intérieur du stator selon la formule (3) D = 0,55x0,55 = 3 cm. La longueur du stator l = 3 cm. Division des pôles t = 3,14x3/2 = 4,7 cm. Induction magnétique dans l'air l'écart le long de la courbe supérieure (voir Fig. 54) est égal à 2800 Gauss, mais avec un stator carré, il doit être augmenté à 4000 Gauss. Flux magnétique Ф \u0,72d 4000x4,7x3x40600 \u12d 8. Le nombre d'encoches du stator est de 4, dont 4 pour l'enroulement de travail, XNUMX pour celui de démarrage.Le nombre de tours de l'enroulement de travail selon (XNUMX)

w_p = 220x10⁶/ 2,5x40600 = 2170 tours.

Le nombre de conducteurs dans la rainure de l'enroulement de travail N_z \u2d 2170x8 / 542 \u6d 12. Intensité du courant dans l'enroulement de travail selon la formule (220) I \u0,055d 5/XNUMX \uXNUMXd XNUMX A. À la densité de courant d \uXNUMXd XNUMX A / mm² section de fil s = 0,055/5 = 0,011 mm². Cette section correspond au diamètre du fil PEL dans l'isolant 0,145 mm. Avec un facteur de remplissage de la rainure avec des conducteurs égal à 0,5, la surface de la rainure occupée par les conducteurs est s = 0,1452x542 / 0,5 = 27 mm². Le diamètre du cercle occupé par les conducteurs de l'enroulement, d₀ \u4d (27x3,14 / 1) 2/5,9 \u3,14d 5,9 mm. Le périmètre du manchon isolant p \u18,3d XNUMXxXNUMX \uXNUMXd XNUMX mm. Zone de rainure occupée par le manchon, S_z = 18,3x0,2 = 3,7mm². Zone de rainure occupée par la cale Sk = 0,3x3 = 0,9 mm². La section totale de la rainure S = 27 + 3,7 + 0,9 = 31,6 mm2. Diamètre de rainure dn \u4d (31,6x3,14 / 1) 2/6,3 \u6,5d XNUMX mm, arrondi à XNUMX mm. Le diamètre du cercle sur lequel se trouvent les centres des rainures, D_n = 30 + (6,5 + 1) = 37,5 mm.

La distance entre les rainures adjacentes t \u3,14d 37,5x12 / 9,6 \u9,6d 6,5 mm. L'épaisseur de la dent au point étroit bz = 3,1 - 0,145 = 1 mm. Rainure a = 1,145 + 1,2 = XNUMX mm, arrondie à XNUMX mm.

L'entrefer est supposé être de 0,3 mm. Diamètre du rotor Dp = 30 - 2x0,3 = 29,4 mm. Le nombre d'encoches du rotor est de 9. La section totale en cuivre dans les encoches de l'enroulement de travail du stator est de 0,011x542x8 = 47 mm². La section totale de cuivre dans les fentes du rotor est de 47x1,5 = 70,5 mm2. Section de la tige du rotor 70,5 : 9 = 7,8 mm². Diamètre de la tige du rotor (4x7,8/3,14)^1/2 = 3,1 mm. Le diamètre de fil standard le plus proche est de 3,05 mm. Diamètre de la fente du rotor avec tolérance pour les tiges d'entraînement 3,05 + 0,25 = 3,3 mm. Le diamètre du cercle sur lequel se trouvent les centres des fentes du rotor est de 29,4 - (3,3 + 1) = 25,1 mm. La distance entre les rainures adjacentes est de 3,14x25,1/9 = 8,7 mm. L'épaisseur de la dent du rotor au point étroit est de 8,7 - 3,3 = 5,4 mm.

Auteur : A.D. Pryadko

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