Principales parties d'un moteur à courant continu. Moteur asynchrone biphasé avec rotor à cage d'écureuil. Bref historique de la création

01.05.2019

Moteurs à courant continu conçu pour convertir l’énergie du courant continu en travail mécanique.

Les moteurs à courant continu sont beaucoup moins courants que les moteurs à courant alternatif. Cela est principalement dû au coût relativement élevé, au dispositif plus complexe et aux difficultés de fourniture d’énergie. Mais malgré tous ces inconvénients, le DBT présente de nombreux avantages. Par exemple, les moteurs à courant alternatif sont difficiles à réguler, mais les DFC sont parfaitement régulés de diverses manières. De plus, les DFC ont des caractéristiques mécaniques plus rigides et peuvent fournir un couple de démarrage élevé.

Les moteurs électriques à courant continu sont utilisés comme moteurs de traction, dans les véhicules électriques et comme divers actionneurs.

Conception de moteurs à courant continu

La conception d’un moteur à courant continu est similaire à celle d’un moteur à courant alternatif, mais il existe néanmoins des différences significatives. Sur le châssis 7, qui est en acier, un bobinage d'excitation est installé sous forme de bobines 6. Entre les pôles principaux, des pôles supplémentaires 5 peuvent être installés pour améliorer les propriétés du DFC. Un induit 4 est installé à l'intérieur, constitué d'un noyau et d'un collecteur 2, et est installé à l'aide de roulements 1 dans le carter moteur. Le collecteur constitue une différence significative par rapport aux moteurs à courant alternatif. Il est connecté aux balais 3, ce qui permet d'alimenter ou, au contraire, de supprimer la tension du circuit d'induit dans les générateurs.

Principe de fonctionnement

Le principe de fonctionnement du DPT repose sur l'interaction des champs magnétiques du bobinage d'excitation et de l'induit. Vous pouvez imaginer qu'au lieu d'un induit, nous avons un cadre à travers lequel circule le courant, et au lieu d'un enroulement d'excitation, un aimant permanent avec les pôles N et S. Lorsque le courant continu traverse le cadre, le champ magnétique de l'aimant permanent commence à agir dessus, c'est-à-dire que le cadre commence à tourner, et , puisque le sens du courant ne change pas, le sens de rotation du cadre reste le même.

Lorsqu'une tension est appliquée aux bornes du moteur, le courant commence à circuler dans l'enroulement de l'induit et, comme nous le savons déjà, le champ magnétique de la machine commence à agir sur lui, tandis que l'induit commence à tourner, et puisque l'induit tourne dans le champ magnétique, une CEM commence à se former. Cet EMF est dirigé à contre-courant, c'est pourquoi on l'appelle EMF. On peut le trouver en utilisant la formule

Où Ф est le flux magnétique d'excitation, n est la fréquence de rotation et Ce est le moment de conception de la machine, qui reste constant pour elle.

La tension aux bornes est supérieure à la force contre-électromotrice de la valeur de la chute de tension dans le circuit d'induit.

Et si l’on multiplie cette expression par le courant, on obtient l’équation du bilan de puissance.

Les moteurs à courant continu sont rarement trouvés dans les ménages. Mais ils sont toujours présents dans tous les jouets pour enfants alimentés par des batteries qui marchent, courent, roulent, volent, etc. Des moteurs à courant continu (moteurs à courant continu) sont installés dans les voitures : dans les ventilateurs et divers entraînements. Ils sont presque toujours utilisés dans les véhicules électriques et moins fréquemment dans le secteur manufacturier.

Avantages du DPT par rapport aux moteurs asynchrones :

Bien réglable.
Excellentes propriétés de départ.
Les vitesses de rotation peuvent être supérieures à 3 000 tr/min.

Inconvénients du DBT :

Faible fiabilité.
Difficulté de fabrication.
Coût élevé.
Coûts d’entretien et de réparation élevés.

Principe de fonctionnement d'un moteur à courant continu

La conception du moteur est similaire à celle des moteurs AC synchrones. Je ne me répéterai pas, si vous ne le savez pas, alors regardez celui-ci.

Tout moteur électrique moderne fonctionne sur la base de la loi de Faraday sur l'induction magnétique et de la « règle de la main gauche ». Si un courant électrique est connecté à la partie inférieure de l'enroulement d'induit dans un sens et à la partie supérieure dans le sens opposé, il commencera à tourner. Selon la règle de gauche, les conducteurs posés dans les fentes de l'induit seront poussés vers l'extérieur par le champ magnétique des enroulements du boîtier ou du stator du DPT.

La partie inférieure sera poussez vers la droite et celui du haut vers la gauche, de sorte que l'ancre commencera à tourner jusqu'à ce que les parties de l'ancre changent de place. Pour créer une rotation continue, il est nécessaire d'inverser constamment la polarité de l'enroulement d'induit. C'est ce que fait le collecteur qui, lorsqu'il tourne, commute les enroulements d'induit. La tension de la source de courant est fournie au collecteur à l’aide d’une paire de brosses pressantes en graphite.

Schémas schématiques d'un moteur à courant continu

Si Les moteurs à courant alternatif sont assez simples connectez-vous, alors avec DPT, tout est plus compliqué. Il faut connaître la marque du moteur, puis se renseigner sur son circuit de connexion sur Internet.

Plus souvent pour moteurs moyens et puissants CC, il y a des bornes séparées dans la boîte à bornes de l'armature et de l'enroulement de champ (OB). En règle générale, la pleine tension d'alimentation est fournie à l'armature et le courant est régulé par un rhéostat ou une tension alternative vers l'enroulement d'excitation. La vitesse du moteur à courant continu dépendra de l'ampleur du courant OB. Plus elle est élevée, plus la vitesse de rotation est rapide.

En fonction de la manière dont l'armature et l'OB sont connectés, les moteurs électriques sont dotés d'une excitation indépendante à partir d'une source de courant distincte et d'une auto-excitation, qui peut être parallèle, série et mixte.

Utilisé en production moteurs à excitation indépendante, qui sont connectés à une source d’énergie distincte de l’induit. Il n'y a aucune connexion électrique entre les enroulements de champ et d'induit.

Schéma de connexion avec excitation parallèle il s'apparente essentiellement à un circuit avec excitation indépendante de l'OB. La seule différence est qu’il n’est pas nécessaire d’utiliser une source d’alimentation distincte. Les moteurs, lorsqu'ils sont allumés selon ces deux schémas, ont les mêmes caractéristiques rigides, ils sont donc utilisés dans les machines-outils, les ventilateurs, etc.

Moteurs série utilisé lorsqu'un courant de démarrage élevé et une caractéristique douce sont requis. Ils sont utilisés sur les tramways, les trolleybus et les locomotives électriques. Selon ce schéma, les enroulements de champ et d'induit sont connectés les uns aux autres en série. Lorsque la tension est appliquée, les courants dans les deux enroulements seront les mêmes. Le principal inconvénient est que lorsque la charge sur l'arbre diminue à moins de 25 % de la valeur nominale, il y a une forte augmentation de la vitesse de rotation, atteignant des valeurs dangereuses pour le DPT. Par conséquent, pour un fonctionnement sans problème, une charge constante sur l'arbre est nécessaire.

Parfois utilisé DBT avec excitation mixte, dans lequel un enroulement OB est connecté en série au circuit d'induit et l'autre en parallèle. Cela se produit rarement dans la vie.

Moteurs à courant continu inversés

Pour changer le sens de rotation Le DPT avec excitation en série nécessite de changer la direction du courant dans l'OB ou l'enroulement d'induit. En pratique, cela se fait en changeant la polarité : on échange les positions plus et moins. Si vous changez simultanément la polarité des circuits d'excitation et d'induit, le sens de rotation ne changera pas. L’inverse s’effectue de la même manière pour les moteurs fonctionnant au courant alternatif.

DPT inverseur avec excitation parallèle ou mixte Il est préférable de le faire en changeant la direction du courant électrique dans l'enroulement d'induit. Lorsque l'enroulement d'excitation se casse, la FEM atteint des valeurs dangereuses et une rupture de l'isolation du fil est possible.

Régulation de la vitesse des moteurs à courant continu

DPT avec excitation séquentielle Le moyen le plus simple de réguler est d'utiliser une résistance variable dans le circuit d'induit. Il ne peut être ajusté que pour réduire la vitesse dans un rapport de 2:1 ou 3:1. Dans ce cas, des pertes importantes se produisent dans le rhéostat de contrôle (R reg). Cette méthode est utilisée dans les grues et les chariots électriques qui subissent de fréquentes interruptions de fonctionnement. Dans d'autres cas, la vitesse est ajustée à la hausse par rapport à la valeur nominale à l'aide d'un rhéostat dans le circuit d'enroulement de champ, comme indiqué sur la figure de droite.

DPT avec excitation parallèle Vous pouvez également réguler la vitesse de rotation vers le bas en utilisant la résistance dans le circuit d'induit, mais pas plus de 50 pour cent de la valeur nominale. Encore une fois, la résistance va chauffer en raison des pertes d’énergie électrique qu’elle contient.

Augmentez la vitesse jusqu'à 4 fois maximum permet un rhéostat dans le circuit OB. La méthode la plus simple et la plus courante pour régler la vitesse de rotation.

Dans la pratique, dans les moteurs électriques modernes, ces méthodes de contrôle sont rarement utilisées en raison de leurs défauts et de leur plage de contrôle limitée. Divers circuits de commande électroniques sont utilisés.

Matériaux similaires.

Une machine électrique à courant continu se compose d'un stator, d'un induit, d'un collecteur, d'un porte-balais et de flasques de roulement (Figure 1). Le stator se compose d'un cadre (boîtier), de pôles principaux et supplémentaires, qui ont des enroulements de champ. Cette partie fixe de la machine est parfois appelée inducteur. Son objectif principal est de créer un flux magnétique. Le cadre est en acier, les poteaux principaux et supplémentaires, ainsi que les flasques de roulement, y sont boulonnés. En haut du cadre se trouvent des anneaux pour le transport et en bas, des pattes pour fixer la machine à la fondation. Les pôles principaux de la machine sont constitués de tôles d'acier électrique de 0,5 à 1 mm d'épaisseur afin de réduire les pertes dues aux pulsations du champ magnétique des pôles dans l'entrefer sous les pôles. Les tôles d'acier du noyau du poteau sont pressées et fixées avec des rivets.

Figure 1 – Machine à courant continu :
I - arbre; 2 - flasque de palier avant ; 3 - collecteur ; 4 - porte-balais ; 5 - noyau d'induit avec enroulement ; b - noyau du pôle principal ; bobine à 7 pôles ; 8 - lit; 9 - flasque arrière ; 10 - ventilateur; 11 - pattes; 12 - roulement

Figure 2 – Pôles de la machine à courant continu :
a - pôle principal ; b - poteau supplémentaire ; c - enroulement du pôle principal ; g - enroulement d'un pôle supplémentaire ; 1 - pièce polaire ; 2 - noyau
Les pôles se distinguent entre une âme et une pointe (Figure 2). Un enroulement d'excitation est placé sur le noyau, à travers lequel passe le courant, créant un flux magnétique. Le bobinage d'excitation est enroulé sur une armature métallique recouverte de carton électrique (dans les grandes machines), ou posé sur un noyau isolé avec du carton électrique (petites machines). Pour un meilleur refroidissement, le serpentin est divisé en plusieurs parties, avec des canaux de ventilation laissés entre elles. Des poteaux supplémentaires sont installés entre les principaux. Ils servent à améliorer la commutation. Leurs enroulements sont connectés en série au circuit d'induit, de sorte que les conducteurs d'enroulement ont une grande section.
L'induit d'une machine à courant continu se compose d'un arbre, d'un noyau, d'un enroulement et d'un collecteur. Le noyau d'armature est assemblé à partir de tôles d'acier électrique embouties de 0,5 mm d'épaisseur et pressées des deux côtés à l'aide de nettoyeurs haute pression. Dans les machines équipées d'un système de ventilation radiale, les feuilles de noyau sont collectées dans des sacs séparés de 6 à 8 cm d'épaisseur, entre lesquels sont pratiqués des canaux de ventilation de 1 cm de large. Avec une ventilation axiale, un trou est pratiqué dans le noyau pour permettre à l'air de passer le long du noyau. arbre. Il y a des rainures pour l'enroulement sur la surface extérieure de l'armature.

Figure 3 – Emplacement de la section d'enroulement d'induit dans les fentes du noyau
Le bobinage d'induit est constitué de fils de cuivre de section ronde ou rectangulaire sous forme de profilés préfabriqués (Figure 3). Ils sont placés dans des rainures où ils sont soigneusement isolés. Le bobinage est constitué de deux couches : deux côtés de bobines d'induit différentes sont placés dans chaque fente, l'un au-dessus de l'autre. L'enroulement est fixé dans les rainures avec des cales (en bois, getinaks ou textolite) et les parties frontales sont fixées avec un bandage métallique spécial. Dans certaines conceptions, les cales ne sont pas utilisées et l'enroulement est sécurisé avec un bandage. Le bandage est constitué d'un fil d'acier non magnétique enroulé avec pré-tension. Les machines modernes utilisent du ruban de verre pour bander les ancres.
Le collecteur d'une machine à courant continu est assemblé à partir de plaques de cuivre laminées à froid en forme de coin. Les plaques sont isolées les unes des autres par des joints en micanite collectrice d'une épaisseur de 0,5 à 1 mm. Les bords inférieurs (étroits) des plaques ont des découpes en queue d'aronde qui sont utilisées pour fixer les plaques de cuivre et l'isolation en micanite. Les collecteurs sont fixés avec des cônes de pression de deux manières : dans l'une d'elles, la force de la pince est transmise uniquement à la surface interne de la queue d'aronde, dans la seconde - à la queue d'aronde et à l'extrémité de la plaque.
Les collecteurs avec la première méthode de fixation sont appelés cintrés, avec la seconde - en coin. Les collectionneurs arqués sont les plus courants.
Dans les plaques du collecteur côté induit, s'il y a une petite différence dans les diamètres du collecteur et de l'induit, des saillies sont réalisées dans lesquelles des fentes (fentes) sont fraisées. Les extrémités du bobinage d'induit y sont placées et soudées avec de la soudure à l'étain. S'il existe une grande différence de diamètres, la soudure au collecteur est réalisée à l'aide de bandes de cuivre, appelées « coqs ».
Dans les machines à grande vitesse et haute puissance, des anneaux de bandage isolés externes sont utilisés pour empêcher les plaques de se gonfler sous l'influence des forces centrifuges.
L'appareil à brosses se compose d'une traverse, de doigts de brosse (boulons), de porte-balais et de brosses. La traverse est conçue pour y fixer les doigts de brosse des porte-balais, formant ainsi un circuit électrique.
Le porte-balais se compose d'un support dans lequel est placé le balai, d'un levier pour presser le balai sur le collecteur et d'un ressort. La pression sur la brosse est de 0,02 à 0,04 MPa.
Il y a un câble flexible en cuivre pour connecter la brosse au circuit électrique.
Dans les machines de faible puissance, on utilise des porte-balais tubulaires montés dans le flasque. Tous les porte-balais de même polarité sont reliés entre eux par des jeux de barres, qui sont connectés aux bornes de la machine.
Les pinceaux (Figure 4), selon la composition de la poudre, la méthode de fabrication et les propriétés physiques, sont divisés en six groupes principaux : carbone-graphite, graphite, électrographite, cuivre-graphite, bronze-graphite et argent-graphite.
Les boucliers de roulement d'une machine électrique servent de pièces de liaison entre le châssis et l'induit, ainsi que de structure de support pour l'induit, dont l'arbre tourne dans des roulements installés dans les boucliers.

Figure 4 – Pinceaux :
a - pour les machines de faible et moyenne puissance ; b - pour les machines de forte puissance ; 1 - cordon de brosse ; 2 - conseil
Il existe des flasques conventionnels et à brides.
Les flasques de roulement sont fabriqués en acier (moins souvent en fonte ou en alliages d'aluminium) par moulage, soudage ou emboutissage. Au centre du bouclier, un alésage est réalisé pour un roulement : bille ou rouleau. Dans les machines de grande puissance, des paliers lisses sont parfois utilisés.
Ces dernières années, le stator des moteurs à courant continu a été assemblé à partir de tôles individuelles d'acier électrique. L'étrier, les rainures, les pôles principaux et supplémentaires sont simultanément estampés dans la tôle.

Les moteurs à courant continu (moteurs à courant continu) sont utilisés pour convertir une énergie électrique constante en travail mécanique. Un moteur de ce type fut la première de toutes les machines électriques tournantes inventées. Le principe de son fonctionnement est connu depuis le milieu du siècle dernier et, à ce jour, ils continuent de servir fidèlement l'homme, mettant en mouvement un grand nombre de machines et de mécanismes.

En 1821, Faraday, menant des expériences sur l'interaction des conducteurs avec le courant et un aimant, constata que le courant électrique faisait tourner le conducteur autour de l'aimant. Ainsi, l'expérience de Faraday a ouvert la voie à la création d'un moteur électrique. Un peu plus tard, Thomas Davenport fabriqua en 1833 le premier moteur électrique rotatif et le mit en mouvement sur un train miniature. Un an plus tard, B. S. Jacobi créait le premier moteur électrique à courant continu au monde, utilisant le principe de rotation directe de la partie mobile du moteur. Et déjà le 13 septembre 1838, dans l'Empire russe, le premier bateau à moteur de 12 passagers naviguait le long de la Neva à contre-courant. Les roues à pales étaient entraînées par un moteur électrique alimenté par une batterie de 320 cellules.

En 1886, le moteur électrique devient similaire aux versions modernes. Par la suite, il s’est modernisé de plus en plus.

Aujourd’hui, la vie de notre civilisation technologique est totalement impossible sans moteur électrique. Il est utilisé presque partout : dans les trains, les trolleybus, les tramways. Les usines et usines utilisent des machines électriques puissantes, des appareils électroménagers (hachoirs à viande électriques, robots culinaires, moulins à café, aspirateurs), etc.

Aujourd'hui, les moteurs à courant continu à aimant permanent sont largement utilisés dans diverses applications où une petite taille, une puissance élevée et un faible coût sont importants. En raison de leur bonne vitesse de rotation, ils sont souvent utilisés conjointement avec une boîte de vitesses, ce qui entraîne une faible vitesse de sortie et une augmentation significative du couple.

Les moteurs à courant continu à aimant permanent sont des moteurs dotés d’une conception assez simple et d’un contrôle de base. Malgré le fait que leur contrôle soit très simple, leur vitesse de rotation n'est pas déterminée par le signal de commande, car elle dépend de nombreux facteurs, principalement de la charge appliquée à l'arbre et de la tension d'alimentation constante. La relation entre le couple idéal du moteur et la vitesse est linéaire, c'est-à-dire que plus la charge sur l'arbre est élevée, plus la vitesse est lente et plus il y a d'ampères dans l'enroulement.

La grande majorité des moteurs électriques fonctionnent selon la physique de la répulsion et de l’attraction magnétique. Si vous placez un fil entre les pôles nord et sud d'un aimant et que vous y faites passer un courant électrique, il commencera à être expulsé car lorsqu'il forme un champ magnétique autour de lui sur toute la longueur du conducteur. La direction de ce champ peut être déterminée par la règle du vrille.

Lorsque le champ magnétique circulaire d’un conducteur interagit avec le champ uniforme d’un aimant, le champ entre les pôles diminue d’un côté et augmente de l’autre. C'est-à-dire que la force résultante pousse le fil hors du champ de l'aimant selon un angle de 90 degrés dans la direction conformément à . , et la valeur est calculée par la formule

où B est la valeur de l'induction du champ magnétique ; I – courant circulant dans le conducteur ; L – longueur du fil

Les moteurs électriques de faible puissance utilisent des aimants permanents standards pour créer un champ magnétique constant. Dans le cas de puissances moyennes et élevées, un champ magnétique uniforme est généré à l'aide d'un enroulement d'excitation.

Examinons plus en détail le processus d'obtention d'un mouvement mécanique utilisant l'électricité. Dans un champ magnétique uniforme, placez un cadre métallique verticalement et connectez-le à une source de tension constante. Le cadre commencera à tourner et atteindra une position horizontale. Ce qui est considéré comme neutre, car l'effet du champ sur le conducteur porteur de courant est nul. Pour vous assurer que le mouvement ne s'arrête pas, vous devez placer au moins un cadre supplémentaire sous tension et vous assurer que la direction du mouvement est commutée au moment requis.

Un moteur typique, au lieu d'un châssis, a un induit avec de nombreux conducteurs posés dans des rainures spéciales, et au lieu d'un aimant permanent, il a un stator avec un enroulement d'excitation à deux pôles ou plus. La figure juste au-dessus montre une coupe transversale d’un moteur électrique bipolaire. Si un courant s'éloignant « de nous » passe à travers les fils de la partie supérieure de l'armature et « vers nous » dans la partie inférieure, alors, conformément à la règle de gauche, les conducteurs supérieurs seront évincés du champ magnétique du stator vers la gauche, et la partie inférieure de l'induit sera poussée vers la droite. Étant donné que le fil de cuivre est placé dans des rainures spéciales de l'armature, toute la puissance lui sera transférée et il tournera. Par conséquent, lorsque le conducteur avec la direction du courant « venant de nous » se trouve en bas et se trouve en face du pôle sud du moteur créé par le stator, il sera pressé vers la gauche et le freinage commencera. Pour éviter cela, il est nécessaire d'inverser le sens du courant au moment où la ligne neutre est franchie. Cela se fait à l'aide d'un collecteur - un interrupteur spécial qui relie l'enroulement d'induit au circuit.

Ainsi, l'enroulement d'induit du moteur transmet le couple à l'arbre du moteur à courant continu, qui entraîne les mécanismes de travail. Structurellement, tous les moteurs sont constitués d'un inducteur et d'un induit, séparés par un entrefer.

Le stator d'un moteur électrique sert à créer un champ magnétique stationnaire et se compose d'un cadre, de pôles principaux et supplémentaires. Le cadre est conçu pour fixer les pôles principaux et supplémentaires et sert d'élément du circuit magnétique. Sur les pôles principaux se trouvent des enroulements d'excitation utilisés pour créer un champ magnétique ; sur les pôles supplémentaires se trouvent un enroulement spécial utilisé pour améliorer les conditions de commutation.

L'induit du moteur se compose d'un système magnétique constitué de feuilles séparées, d'un enroulement de travail placé dans des rainures spéciales et d'un collecteur pour alimenter l'enroulement de travail.

Le collecteur s'apparente à un cylindre monté sur un arbre ED et constitué de plaques de cuivre isolées les unes des autres. Sur le collecteur, il y a des saillies spéciales, des robinets auxquels sont soudées les extrémités des sections d'enroulement. Le courant est extrait du collecteur à l'aide de balais qui assurent un contact glissant avec le collecteur. Les balais sont situés dans des porte-balais qui les maintiennent dans une certaine position et créent la pression requise sur la surface du collecteur. Les brosses et porte-balais sont montés sur une traverse et reliés au corps.

Le collecteur est un composant complexe, coûteux et le moins fiable d’un moteur à courant continu. Il produit souvent des étincelles, crée des interférences et est obstrué par la poussière des brosses. Et sous une forte charge, il peut tout court-circuiter étroitement. Sa tâche principale est de commuter la tension d'induit d'un côté à l'autre.

Pour mieux comprendre le fonctionnement du collecteur, donnons au châssis un mouvement de rotation dans le sens des aiguilles d’une montre. Au moment où le cadre prend la position A, le courant maximum sera induit dans ses conducteurs, puisque les conducteurs traversent les lignes de force magnétiques en se déplaçant perpendiculairement à celles-ci.

Le courant induit du conducteur B connecté à la plaque 2 suit le balai 4 et, passant par un circuit externe, revient par le balai 3 au conducteur A. Dans ce cas, le balai droit sera positif et le balai gauche négatif.

Une rotation supplémentaire du cadre (position B) entraînera à nouveau une induction de courant dans les deux conducteurs ; cependant, la direction du courant dans les conducteurs sera opposée à celle qu'ils avaient en position A. Puisque les plaques collectrices tourneront également avec les conducteurs, la brosse 4 enverra à nouveau du courant électrique au circuit externe, et à travers la brosse 3 le courant reviendra au cadre.

Par conséquent, malgré le changement de direction du courant du moteur dans les conducteurs rotatifs eux-mêmes, en raison de la commutation, la direction du courant dans le circuit externe n'a pas changé.

A l'instant suivant (D), le châssis occupera à nouveau une position sur la ligne neutre, dans les conducteurs, et aucun courant ne circulera à nouveau dans le circuit extérieur.

Dans les intervalles de temps suivants, le cycle de mouvements considéré sera répété dans la même séquence, c'est-à-dire que la direction du courant dans le circuit externe, grâce au collecteur, restera constante tout le temps, et en même temps la polarité de les pinceaux seront entretenus.

L'ensemble balais est utilisé pour alimenter les bobines du rotor rotatif et commuter le courant dans les enroulements. Le pinceau est un contact fixe. Ils ouvrent et ferment les plaques de contact du collecteur du rotor avec une grande fréquence. Pour réduire les étincelles de ces derniers, diverses méthodes sont utilisées dont la principale est l'utilisation de pôles supplémentaires.

Avec une accélération croissante, le processus suivant commence : l'enroulement d'induit se déplace à travers le champ magnétique du stator et y induit une CEM, mais elle est dirigée à l'opposé de celle qui fait tourner le moteur. Et par conséquent, le courant traversant l'armature diminue fortement et plus la vitesse est forte.

Schémas de commutation du moteur. Lorsque les enroulements sont connectés en parallèle, l’enroulement d’induit est constitué d’un grand nombre de tours de fil fin. Ensuite, le courant commuté par le collecteur sera inférieur et les plaques ne produiront pas beaucoup d'étincelles. Si vous effectuez une connexion en série des enroulements du stator et de l'induit, l'enroulement de l'inducteur est réalisé avec un conducteur de plus grand diamètre avec moins de spires. La force magnétisante reste donc constante et les performances du moteur augmentent.

Les moteurs de ce type avec balais ne nécessitent en principe pas de circuit de commande séparé, car Toutes les commutations nécessaires sont effectuées à l'intérieur du moteur. Pendant le fonctionnement du moteur électrique, une paire de balais statiques glissent sur le collecteur du rotor rotatif et maintiennent les enroulements sous tension. Le sens de rotation est déterminé par la polarité de la tension d'alimentation. S'il est nécessaire de contrôler le moteur dans un seul sens, le courant d'alimentation est commuté via un relais ou une autre méthode simple, et s'il est dans les deux sens, un circuit de commande spécial est utilisé.

Les inconvénients des moteurs de ce type peuvent être considérés comme une usure rapide de l'ensemble balais-collecteur. Avantages : bonnes caractéristiques de démarrage, réglage simple de la vitesse et du sens de rotation.

La présence d'un bobinage d'excitation dans un moteur à courant continu permet de mettre en œuvre différents schémas de connexion. Selon la manière dont l'enroulement de champ (OW) est connecté, il existe des moteurs à courant continu avec excitation et auto-excitation indépendantes, qui à leur tour sont divisées en série, parallèle et mixte.

Le démarrage des moteurs de ce type est compliqué par les énormes couples et courants de démarrage qui surviennent au moment du démarrage. En DPT, les courants de démarrage peuvent dépasser le courant nominal de 10 à 40 fois. Un excès aussi important peut facilement brûler les enroulements. Par conséquent, ils essaient de limiter les courants de démarrage au niveau de (1,5-2) I n

Le fonctionnement d'un moteur asynchrone repose sur les principes d'interaction physique du champ magnétique apparaissant dans le stator avec le courant que ce même champ génère dans le bobinage du rotor.

Un moteur synchrone est un type de moteur électrique qui fonctionne uniquement sur tension alternative et dont la vitesse du rotor coïncide avec la vitesse du champ magnétique. C'est pourquoi il reste constant quelle que soit la charge, car le rotor d'un moteur synchrone est un électro-aimant ordinaire et son nombre de paires de pôles coïncide avec le nombre de paires de pôles du champ magnétique tournant. Ainsi, l'interaction de ces pôles assure la constance de la vitesse angulaire à laquelle tourne le rotor.

Les moteurs électriques sont des dispositifs permettant de convertir l'énergie électrique en énergie mécanique et vice versa, mais ce sont déjà des générateurs. Il existe une grande variété de types de moteurs électriques et, par conséquent, une grande variété de circuits de commande de moteurs électriques. Regardons quelques-uns d'entre eux

Si les détails vous intéressent, le principe de fonctionnement d'un moteur à courant continu est décrit en détail sur de nombreux sites et même avec des formules. Nous avons décidé de parler non seulement de cela, mais également de certaines fonctionnalités moins connues.

Quelques mots sur les machines à courant continu

Il a été obtenu avant la variable, et dès son apparition, des expériences ont commencé sur l'utilité de cette bête. Assez rapidement, un lien fut établi entre le courant, le champ magnétique et la rotation. Tout a commencé lorsque Faraday a placé un aimant dans un enroulement avec des fils et a découvert l'apparence d'un courant. Après quoi, il a découvert que si vous placez d’abord un aimant à l’intérieur de la bobine, puis appliquez du courant, l’aimant sortira. Ou au contraire, cela vous attirera à l’intérieur. C'est le principe de fonctionnement d'une machine à courant continu - en utilisant l'interaction du champ magnétique et de l'électricité. Faisons maintenant attention au fait que si nous « poussons » un aimant, nous recevrons de l’électricité, et si nous appliquons de l’électricité, nous « pousserons » l’aimant. Autrement dit, les machines à courant continu, dont nous envisageons la conception et le principe de fonctionnement, sont précisément des machines. Autrement dit, le moteur est aussi un générateur ; en d’autres termes, ce sont des machines pour la conversion réversible de l’énergie mécanique en énergie électrique (courant). Un aimant a deux pôles, l'électricité plus et moins. L'interaction de l'aimant et du courant dans ce cas est soumise à des lois complexes, mais si nous nous intéressons à la rotation (et que les mouvements de retour progressifs sont rarement nécessaires en technologie), alors nous ne pouvons obtenir qu'une seule direction - dans le sens des aiguilles d'une montre par rapport à la polarité de les aimants et la direction du courant. La même « règle de la vrille » ou « règle de la main gauche » familière. Nous pouvons facilement changer la polarité du courant d'enroulement en échangeant deux fils, mais nous ne pourrons pas changer les pôles de l'aimant et brûlerons simplement le moteur. Pour référence, vous pouvez également consulter la règle de la « main droite ». Il y a quelque chose comme ça en électrotechnique, cela s'applique également aux machines à courant continu, mais en termes de production d'énergie.

La rotation de l'arbre elle-même se produit comme suit. À l’intérieur du champ magnétique se trouve un rotor avec un arbre sur lequel se trouve une bobine. Lorsqu’un courant est appliqué, il induit un champ magnétique. Les aimants à pôles différents s'attirent, mais à pôles égaux ils se repoussent. Les aimants externes « repoussent » les électro-aimants de travail du rotor, les faisant se « repousser » tout le temps tant qu'il y a du courant, ce qui entraîne la rotation de l'arbre.

C'est le principe de fonctionnement d'un moteur à courant continu, tout le reste n'est que détails et détails techniques.

Caractéristiques de la conception du moteur à courant continu

Bien sûr, en théorie, le principe de fonctionnement d'une machine à courant continu est clair, mais un lecteur curieux se demandera immédiatement : comment le rotor commencera-t-il à tourner s'il se trouve à l'intérieur d'un aimant bipolaire ? Cette question est inévitable et pour y répondre il faudra regarder de plus près la conception du moteur DC. D'ailleurs, certaines connaissances seront utiles pour comprendre le fonctionnement des moteurs à courant alternatif.

Commençons par une liste des difficultés rencontrées par les premiers créateurs de DBT.

Disponibilité deux points morts, à partir duquel le lancement indépendant est impossible. (Les deux mêmes pôles d'aimants).
La répulsion magnétique est trop faible à faible courant. Ou une forte résistance à la rotation qui empêche le démarrage.
Le rotor s'arrête après un tour. Pas une rotation, mais un balancement d'avant en arrière, car après avoir parcouru la moitié du cercle, « l'aimant » du rotor n'a pas été repoussé, mais attiré, c'est-à-dire qu'il n'a pas accéléré la rotation, mais l'a ralentie.

Restait le matériel et quelques petites choses, comme la mise en œuvre du principe d'une machine électrique réversible.

Les « points morts » ont été les premiers à gagner, en utilisant non pas deux, mais trois aimants ou plus. Trois dents sur le rotor éliminent les points morts, une est toujours dans le champ magnétique et le démarrage du moteur est devenu possible depuis n'importe quelle position du rotor.

Ils ont pu surmonter le problème de l'accélération et de la décélération en utilisant le principe de fonctionnement d'une machine à courant continu - facilité de commutation entre le plus et le moins tout en maintenant le courant. En d'autres termes, le rotor commence la première moitié du tour après avoir commencé avec la polarité du courant : positif en haut, moins en bas. Dès que le point haut occupe la position basse, la polarité des points change en moins - plus, et la « répulsion - accélération » continue jusqu'à la fin du tour, après quoi le cycle est répété et le freinage est éliminé. Ce mécanisme a été appelé collectionneur. Les mêmes balais du moteur électrique qui assurent la transmission du courant d'un contact fixe à un arbre rotatif. Et quel spectacle ! Avec un changement de signe sur le rotor 2 fois par tour. Calculez la quantité de travail que le collecteur doit effectuer si le moteur tourne à 2 000 tr/min.

Le collecteur est la partie la plus complexe lorsqu’on considère la conception d’un moteur à courant continu, car il permet la conversion inverse de la rotation en courant. Le principal consommable est le pinceau. Lorsque vous achetez un nouvel appareil équipé d’un moteur électrique, assurez-vous d’avoir des pièces de rechange. Ne soyez pas paresseux, tant que l'appareil est neuf, achetez quelques ensembles supplémentaires.

La complexité du collecteur permet de déterminer visuellement son état et le bon fonctionnement de l'étincelle. C'est vraiment mauvais quand des étincelles (et le collecteur n'est rien de plus qu'un interrupteur à contact) forment un anneau - un « feu tous azimuts ». Cela signifie que le moteur ne durera pas longtemps. Bien que la lutte contre les étincelles se déroule avec plus ou moins de succès, il n'est pas possible de la vaincre complètement, mais il a été possible de prolonger la durée de vie du DPT.

S'il vous a semblé que nous avions oublié les courants faibles lors du démarrage, après avoir immédiatement envisagé le troisième problème, alors vous vous trompez. Le problème du lancement s'est avéré si complexe que nous l'examinerons séparément.

Courants de démarrage des moteurs à courant continu

Ainsi, le principe de fonctionnement d'un moteur à courant continu est clair, nous avons assuré le démarrage automatique, supprimé le freinage sectoriel sur les pôles magnétiques inverses, il ne reste plus qu'à l'allumer. Mais voici le problème. Le rotor ne tourne toujours pas, même si tout va bien. Le fait est que pendant que nous peaufinions notre moteur, le rotor est devenu plus lourd, il y avait des volants d'inertie et tout ça, et le courant n'était tout simplement pas suffisant pour que les aimants « fassent tourner » le rotor. « Qu'est-ce que c'est un coquin ! » (c) l'expérimentateur curieux s'exclamera et augmentera simplement le courant. Et vous savez, le moteur va réellement commencer à tourner. Avec plusieurs Si :

Si les enroulements (fils dans la bobine) ne grillent pas ;
Si la surtension peut résister ;
Si le soudage des secteurs de commutation, etc., ne se produit pas sur le collecteur lors d'un tel démarrage.

Par conséquent, la simple augmentation du courant de démarrage s’est rapidement révélée être une mauvaise solution. À propos, nous n'avons pas encore mentionné le principal avantage du DPT par rapport aux moteurs à courant alternatif - ceci transmission directe du couple dès le démarrage. En termes simples, à partir du moment où il commence à tourner, l'arbre DPT peut « faire tourner » n'importe quoi, surmontant une résistance importante, qui dépasse la puissance des moteurs à courant alternatif.

Cet avantage est devenu le talon d'Achille du DBT. Le principe même de fonctionnement d'une machine à courant continu ne semblait pas permettre des modifications arbitraires du courant de démarrage d'un côté. D'un autre côté, les tentatives visant à fournir un courant élevé pour le démarrage et à le réduire après le démarrage nécessitaient une automatisation. Initialement, des lanceurs et des démarreurs étaient utilisés, notamment pour les DVT de haute puissance, mais il s'agissait d'une branche de développement sans issue. Le refus d'un réglage en douceur du courant de démarrage a permis ici aussi de trouver un compromis raisonnable. En fait, cela ressemble désormais à démarrer un moteur, à accélérer une voiture. Nous commençons à rouler en 1ère vitesse, puis passons en 2ème, 3ème, et maintenant nous nous précipitons sur l'autoroute en 4ème vitesse. Seulement dans ce cas, les « transmissions », c'est-à-dire les courants, les interrupteurs démarreur automatique. Tout cet équipement électrique résout deux problèmes à la fois : un démarrage en douceur du moteur à courant continu sans surcharge et le maintien de l'intégrité du réseau électrique (source d'alimentation du moteur). Tout comme le principe de fonctionnement d’un moteur à courant continu, cet automatisme repose sur une conversion directe. Le courant augmente progressivement jusqu'à la valeur de départ, tout comme l'équilibre entre le courant d'entrée et les courants sur les enroulements avant le début de la rotation. Après le début de la rotation, l'intensité du courant diminue fortement et augmente à nouveau, « en ajustant la rotation de l'arbre », et ainsi de suite 2 à 3 fois supplémentaires.

Ainsi, le démarrage n’a plus été « fluide », mais est devenu sûr pour tous. La chose la plus importante qui a été préservée avec ce schéma, et aujourd'hui c'est la plus courante, le principal avantage est couple. Dans le même temps, la conception d'un moteur à courant continu fiable est devenue plus simple, la puissance a augmenté et les courants de démarrage, bien qu'ils restent un casse-tête pour cette classe de moteurs, ont cessé d'être critiques pour les mécanismes.

Applications des moteurs à courant continu

Les DPT, comme les machines à courant continu, dont nous avons considéré la conception et le principe de fonctionnement, sont utilisés lorsqu'il est inapproprié d'utiliser une connexion permanente aux réseaux (un bon exemple est un démarreur de voiture, qui est un DPT), lorsqu'une telle connexion est impossible (par exemple, jouets à moteur pour enfants), ou lorsque même une telle connexion n'est pas suffisante. Par exemple le transport ferroviaire, qui semble connecté à des réseaux alternatifs, mais les couples requis sont tels que seuls des moteurs à courant continu peuvent être utilisés, dont les principes n'ont pas changé. Et en fait, récemment, le champ d'application n'a pas diminué, mais seulement augmenté. Plus la capacité de la batterie est grande, plus un tel moteur fonctionnera de manière autonome longtemps. Plus les dimensions sont petites, plus le gain de puissance est important.

Économique- c'est une question d'avenir, pour l'instant il n'y a rien de particulier à sauvegarder et la question ne s'est pas posée, les moteurs variables seront plus simples. Mais ils ne pourront pas remplacer le DPT. Il s'agit des DCT, ou machines à courant continu, dont nous avons étudié la structure et le principe de fonctionnement de la 6e à la 8e année, mais que nous avons oublié depuis longtemps.