Le principe de fonctionnement d'un moteur à courant continu. Quels types de moteurs existe-t-il ? Types de moteurs électriques. Moteurs asynchrones. Comment se débarrasser des courants de Foucault

Le moteur électrique est une invention inestimable de l’homme. Grâce à cet appareil, notre civilisation a progressé considérablement au cours des centaines d’années écoulées. C'est tellement important que le principe de fonctionnement d'un moteur électrique est étudié dès l'école. La rotation circulaire de l'arbre d'entraînement électrique se transforme facilement en tous les autres types de mouvement. Par conséquent, toute machine conçue pour faciliter le travail et réduire le temps de fabrication des produits peut être adaptée pour effectuer de nombreuses tâches. Quel est le principe de fonctionnement d'un moteur électrique, comment ça marche et quelle est sa structure - à propos de tout ça en langage clair est décrit dans l’article présenté.

Comment fonctionne un moteur à courant continu ?

La grande majorité des machines électriques fonctionnent sur le principe 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, il sera expulsé. Comment est-ce possible ? Le fait est qu'en passant par un conducteur, le courant forme un champ magnétique circulaire autour de lui sur toute la longueur du fil. La direction de ce champ est déterminée par la règle de la vrille (vis). Lorsque le champ circulaire d’un conducteur interagit avec le champ uniforme d’un aimant, entre les pôles le champ magnétique s’affaiblit d’un côté et se renforce de l’autre. C'est-à-dire que le milieu devient élastique et la force résultante pousse le fil hors du champ de l'aimant selon un angle de 90 degrés dans la direction déterminée par la règle de gauche (la règle de droite est utilisée pour les générateurs et la règle de gauche). la règle manuelle ne convient que pour les moteurs). Cette force est appelée « Ampère » et sa grandeur est déterminée par la loi d’Ampère F=BxIxL, où B est la valeur de l’induction magnétique du champ ; I est le courant circulant dans le conducteur ; L - longueur du fil.

Ce phénomène a été utilisé comme principe de fonctionnement de base des premiers moteurs électriques, et le même principe est encore utilisé aujourd’hui. Dans les moteurs CC Des aimants permanents de faible puissance sont utilisés pour créer un champ magnétique constant. Dans les moteurs électriques de moyenne et haute puissance un champ magnétique uniforme est créé à l'aide d'un enroulement ou d'un inducteur d'excitation.

Examinons plus en détail le principe de création d'un mouvement mécanique utilisant l'électricité. L'illustration dynamique montre un simple moteur électrique. Dans un champ magnétique uniforme, nous plaçons un cadre métallique verticalement et y faisons passer un courant. Ce qui se passe? Le cadre tourne et se déplace par inertie pendant un certain temps jusqu'à atteindre une position horizontale. Cette position neutre est le point mort - l'endroit où l'effet du champ sur le conducteur parcouru par le courant est nul. Pour que le mouvement continue, vous devez ajouter au moins une image supplémentaire et vous assurer que la direction du courant dans l'image est inversée. bon moment. La vidéo de formation en bas de page montre clairement ce processus.

Le principe de fonctionnement des moteurs électriques modernes

Un moteur à courant continu moderne, au lieu d'un châssis, a une armature avec de nombreux conducteurs posés dans des rainures, et au lieu d'un aimant permanent en fer à cheval, il a un stator avec un enroulement d'excitation à deux pôles ou plus. La figure montre une coupe transversale d'un moteur électrique bipolaire. Le principe de son fonctionnement est le suivant. Si un courant s'éloignant « de nous » (marqué d'une croix) passe à travers les fils de la partie supérieure de l'armature, et dans la partie inférieure - « vers nous » (marqué d'un point), alors selon la gauche -règle de la main, les conducteurs supérieurs seront poussés hors du champ magnétique du stator vers la gauche, et les conducteurs des moitiés d'ancrage inférieures seront poussés vers la droite selon le même principe. Étant donné que le fil de cuivre est posé dans les rainures de l'armature, toute la force d'impact lui sera transférée et il tournera. On peut en outre voir que lorsque le conducteur avec la direction du courant « loin de nous » s'abaisse et se place en face du pôle sud créé par le stator, il sera coincé dans côté gauche, et un freinage se produira. Pour éviter que cela ne se produise, vous devez inverser le sens du courant dans le fil dès que la ligne neutre est franchie. Cela se fait à l'aide d'un collecteur - interrupteur spécial, reliant l'enroulement d'induit au circuit général du moteur électrique.

Ainsi, l'enroulement d'induit transmet le couple à l'arbre du moteur électrique, qui à son tour entraîne les mécanismes de travail de tout équipement, comme, par exemple, une machine pour un maillage de chaîne. Bien que dans ce cas, il soit utilisé CA, le principe de base de son fonctionnement est identique au principe de fonctionnement d'un moteur à courant continu - il pousse un conducteur avec du courant hors d'un champ magnétique. Seul un moteur électrique asynchrone possède un champ magnétique tournant, tandis qu'un moteur électrique à courant continu possède un champ statique.

Poursuivant le thème du moteur à courant continu, il convient de noter que le principe de fonctionnement du moteur électrique est basé sur l'inversion du courant continu dans le circuit d'induit afin qu'il n'y ait pas de freinage et que la rotation du rotor soit maintenue à un rythme constant. Si vous changez la direction du courant dans l'enroulement d'excitation du stator, alors, selon la règle de gauche, le sens de rotation du rotor changera. La même chose se produira si nous échangeons les contacts des balais qui fournissent l'énergie de la source à l'enroulement d'induit. Mais si vous changez « + » « - » ici et là, le sens de rotation de l'arbre ne changera pas. Par conséquent, en principe, le courant alternatif peut être utilisé pour alimenter un tel moteur, car le courant dans l'inducteur et l'induit changera simultanément. En pratique, de tels appareils sont rarement utilisés.

Quant au circuit électrique de démarrage du moteur, il en existe plusieurs et ils sont représentés sur la figure. À connexion parallèle enroulements, l'enroulement d'induit est constitué d'un grand nombre de tours de fil fin. Avec cette connexion, le courant commuté par le collecteur sera nettement inférieur en raison de la résistance élevée et les plaques ne produiront pas d'étincelles ou ne brûleront pas beaucoup. Si tu fais connexion série enroulements de l'inducteur et de l'induit, alors l'enroulement de l'inducteur est constitué d'un fil de plus grand diamètre avec moins de tours, car tous courant d'induit se précipite à travers l’enroulement du stator. Avec de telles manipulations avec un changement proportionnel des valeurs de courant et du nombre de tours, la force magnétisante reste constante, et caractéristiques de qualité les appareils s'améliorent.

Aujourd'hui, les moteurs à courant continu sont rarement utilisés en production. Parmi les inconvénients de ce type de machines électriques, on peut noter l'usure rapide de l'ensemble balais-collecteurs. Avantages - bonnes caractéristiques démarrage, réglage facile de la fréquence et du sens de rotation, simplicité de conception et de contrôle.

Se compose d'éléments de décharge rotatifs placés sur un châssis fixe statiquement. De tels dispositifs sont largement demandés dans les domaines techniques où il est nécessaire d'augmenter la plage de contrôle de vitesse et de maintenir une rotation stable du variateur.

Conception

Structurellement, un moteur électrique à courant continu se compose d'un rotor (induit), d'un inducteur, d'un collecteur et de balais. Regardons ce que représente chaque élément du système :

1. Le rotor est constitué de nombreuses bobines recouvertes d'un enroulement conducteur. Certains moteurs à courant continu de 12 volts contiennent jusqu'à 10 bobines ou plus.
2. L'inducteur est une partie fixe de l'unité. Se compose de pôles magnétiques et d'un cadre.
3. Collectionneur - élément fonctionnel moteur sous la forme d'un cylindre placé sur un arbre. Contient une isolation sous forme de plaques de cuivre, ainsi que des saillies en contact glissant avec les balais du moteur.
4. Les pinceaux sont des contacts fixes. Conçu pour fournir du courant électrique au rotor. Le plus souvent, un moteur électrique à courant continu est équipé de balais en graphite et en cuivre-graphite. La rotation de l'arbre provoque la fermeture et l'ouverture des contacts entre les balais et le rotor, ce qui provoque des étincelles.

Fonctionnement du moteur à courant continu

Les mécanismes de cette catégorie contiennent un enroulement d'excitation spécial sur la partie inductrice, qui reçoit un courant continu, qui est ensuite converti en champ magnétique.

L'enroulement du rotor est exposé au flux d'électricité. Du côté du champ magnétique à un moment donné élément structurel La force d'Ampère influence. En conséquence, un couple est généré qui fait tourner la partie rotor de 90 o. La rotation des arbres de commande du moteur se poursuit grâce à la formation d'un effet de commutation sur l'ensemble balais-collecteur.

Lorsque le courant électrique circule vers le rotor, qui est sous l'influence du champ magnétique de l'inducteur, les moteurs électriques à courant continu (12 volts) créent un couple qui conduit à la génération d'énergie lors de la rotation des arbres. L'énergie mécanique est transmise du rotor aux autres éléments du système via un entraînement par courroie.

Espèces

Actuellement, il existe plusieurs catégories de moteurs à courant continu :

• AVEC excitation indépendante- le bobinage est alimenté par une source d'énergie indépendante.
• AVEC excitation séquentielle- l'enroulement d'induit est connecté en série avec l'enroulement de champ.
• AVEC excitation parallèle- le bobinage du rotor est connecté au circuit électrique parallèlement à la source d'alimentation.
• A excitation mixte - le moteur contient plusieurs enroulements : série et parallèle.

Contrôle du moteur à courant continu

Le moteur démarre grâce au fonctionnement de rhéostats spéciaux, qui créent résistance active, inclus dans le circuit du rotor. Pour assurer un démarrage en douceur du mécanisme, le rhéostat a une structure en gradins.

Pour démarrer le rhéostat, toute sa résistance est utilisée. À mesure que la vitesse de rotation augmente, une contre-action se produit, ce qui impose une limite à l'augmentation de l'intensité des courants de démarrage. Progressivement, étape par étape, la tension fournie au rotor augmente.

Le moteur électrique à courant continu permet de régler la vitesse de rotation des arbres de travail, ce qui se fait comme suit :

1. L'indicateur de vitesse inférieur à celui nominal est corrigé en modifiant la tension sur le rotor de l'unité. Dans le même temps, le couple reste stable.
2. Le taux de fonctionnement supérieur à celui nominal est régulé par le courant qui apparaît sur l'enroulement de champ. La valeur du couple diminue tout en maintenant une puissance constante.
3. L'élément du rotor est contrôlé à l'aide de convertisseurs à thyristors spécialisés, qui sont des entraînements à courant continu.

Avantages et inconvénients

Lorsque l'on compare les moteurs électriques à courant continu avec les unités fonctionnant au courant alternatif, il convient de les noter productivité accrue et une efficacité accrue.

L'équipement de cette catégorie s'adapte bien à impact négatif facteurs environnement. Ceci est facilité par la présence d'un boîtier complètement fermé. La conception des moteurs électriques à courant continu comprend des joints qui empêchent la pénétration de l'humidité dans le système.

La protection sous forme de matériaux isolants fiables permet d'utiliser au maximum la ressource des unités. Autorisé à utiliser équipement similaire dans des conditions de température allant de -50 à +50 o C et une humidité relative de l'air d'environ 98 %. Le mécanisme peut être démarré après une longue période d'inactivité.

Parmi les inconvénients des moteurs électriques à courant continu, la première place est occupée par l'usure assez rapide des groupes balais, qui nécessite des coûts de maintenance correspondants. Cela inclut également la durée de vie extrêmement limitée du collecteur.

Le sujet de notre article d’aujourd’hui est le principe de fonctionnement d’un moteur électrique à courant continu. Si vous visitez notre site Web, vous savez probablement déjà que nous avons décidé d'aborder ce sujet plus en détail et que nous examinons progressivement tous les types de moteurs électriques et de générateurs électriques.

Le courant continu est connu de l'humanité depuis environ 200 ans ; ils ont appris à l'utiliser efficacement un peu plus tard, mais il est aujourd'hui difficile d'imaginer une activité humaine sans énergie. L'évolution des moteurs électriques s'est déroulée à peu près de la même manière.

Le développement rapide de l’électrotechnique ne s’est pas arrêté depuis la naissance de cette tendance en physique. Les premiers développements liés aux moteurs électriques ont été l'œuvre de nombreux scientifiques dans les années 20 du 19e siècle. Ils ont inventé toutes sortes de choses, essayé de construire des machines mécaniques capables de transformer énergie électriqueà la cinétique.

• Les études de M. Faraday sont particulièrement importantes. En 1821, alors qu'il menait des expériences sur l'interaction du courant et de différents conducteurs, il découvrit qu'un conducteur peut tourner dans un champ magnétique, tout comme un aimant peut tourner autour d'un conducteur.
• La deuxième étape de développement a duré plus longtemps, des années 1830 aux années 1860. Maintenant que les principes de base de la conversion d'énergie étaient connus de l'homme, il essaya de créer la conception la plus efficace d'un moteur à induit rotatif.
• En 1833, l'inventeur américain et forgeron à temps partiel Thomas Davenport a pu construire le premier moteur rotatif fonctionnant au courant continu et construire un train miniature qui était entraîné par celui-ci. Il obtient un brevet pour sa machine électrique 4 ans plus tard.

• En 1834, Boris Semenovich Jacobi, physicien et inventeur russo-allemand, a créé le premier moteur électrique à courant continu au monde, dans lequel il a pu mettre en œuvre le principe de base de fonctionnement de telles machines, qui est encore utilisé aujourd'hui - avec un moteur en rotation constante. partie.
• En 1838, le 13 septembre, un véritable bateau fut lancé le long de la Neva avec 12 passagers à bord - c'est ainsi qu'eurent lieu les essais sur le terrain du moteur Jacobi. Le bateau avançait à une vitesse de 3 km/h à contre-courant. L'entraînement du moteur était relié à des roues à aubes sur les côtés, comme sur les bateaux à vapeur de l'époque. Le courant électrique était fourni à l'unité à partir d'une batterie contenant 320 cellules galvaniques.

Le résultat des tests a été la possibilité de former les principes de base développement ultérieur moteurs électriques :

• Premièrement, il est devenu évident que l'élargissement du champ d'application de leur application dépend directement de la réduction du coût des méthodes de production d'énergie électrique - il fallait un générateur fiable et peu coûteux, et non des batteries galvaniques qui étaient chères à l'époque.
• Deuxièmement, il fallait créer des moteurs assez compacts mais ayant cependant un rendement élevé.
• Et troisièmement– les avantages des moteurs à induits rotatifs non polaires, à couple de rotation constant, étaient évidents.

Vient ensuite la troisième étape du développement des moteurs électriques, marquée par la découverte du phénomène d'auto-excitation d'un moteur à courant électrique, après quoi s'est formé le principe de réversibilité de telles machines, c'est-à-dire que le moteur peut être un générateur, et vice versa. Désormais, pour alimenter le moteur, ils ont commencé à utiliser des générateurs de courant peu coûteux, ce qui, en principe, est encore utilisé aujourd'hui.

Intéressant à savoir ! N'importe lequel réseau électrique connecté à une centrale électrique qui produit du courant. La station elle-même est en fait un ensemble les générateurs les plus puissants, mis en mouvement de différentes manières: débit fluvial, énergie éolienne, réactions nucléaires, etc. L'exception concerne peut-être les photocellules dans alimenté par l'énergie solaire, mais c'est une autre histoire chère qui n'a pas encore trouvé une diffusion suffisante.

Le moteur électrique a acquis sa conception moderne en 1886, après quoi seules des modifications et des améliorations y ont été apportées.

Principes de fonctionnement de base

Tout moteur électrique est basé sur le principe d’attraction et de répulsion magnétique. À titre expérimental, vous pouvez réaliser cette expérience simple.

• Un conducteur doit être placé à l’intérieur du champ magnétique à travers lequel doit passer un courant électrique.
• Pour ce faire, il est plus pratique d'utiliser un aimant en forme de fer à cheval, et comme conducteur, un fil de cuivre connecté aux extrémités à une batterie convient.
• À la suite de l'expérience, vous verrez que le fil sera poussé hors de la zone d'action aimant permanent. Pourquoi cela se produit-il ?
• Le fait est que lorsque le courant traverse un conducteur, un champ électromagnétique est créé autour de ce dernier, qui interagit avec celui existant à partir d'un aimant permanent. Grâce à cette interaction, nous observons le mouvement mécanique du conducteur.
• Plus en détail, cela ressemble à ceci. Lorsque le champ circulaire du conducteur interagit avec la constante de l'aimant, la force du champ magnétique d'un côté augmente et de l'autre diminue, c'est pourquoi le fil est poussé hors de la zone d'action de l'aimant à un angle de 90 degrés.

• La direction dans laquelle le conducteur sera poussé peut être déterminée par la règle de gauche, qui s'applique uniquement aux moteurs électriques. La règle est la suivante - main gauche doit être placé dans un champ magnétique pour que ses lignes de force y pénètrent depuis la paume, et que 4 doigts soient dirigés dans le sens du mouvement charges positives, puis réservez pouce montrera la direction de la force motrice agissant sur le conducteur.

Ces principes simples Les moteurs à courant continu sont encore utilisés aujourd'hui. Cependant, dans les unités modernes, au lieu d'aimants permanents, des aimants électriques sont utilisés et les cadres sont remplacés. systèmes complexes enroulements

Structure du moteur

Examinons maintenant de plus près le fonctionnement d'un moteur à courant continu, les pièces qu'il contient et la manière dont elles interagissent les unes avec les autres.

Suite de la théorie

Vous pouvez facilement construire un simple moteur à courant continu de vos propres mains. Les instructions sont les suivantes : il suffit de construire un cadre rectangulaire à partir d'un conducteur, capable de tourner autour d'un axe central.

• Le cadre est placé dans un champ magnétique, après quoi tension constante, à partir de la même batterie.
• Ainsi, dès que le courant commence à circuler à travers le cadre, il commence à se déplacer jusqu'à ce qu'il prenne position horizontale, dit neutre ou « mort », lorsque l’effet du champ sur le conducteur est nul.
• En théorie, le châssis devrait s'arrêter, mais cela n'arrivera pas, puisqu'il franchira le point « mort » par inertie, ce qui signifie forces électromotrices va recommencer à augmenter. Mais du fait que le courant circule désormais dans la direction opposée par rapport au champ magnétique, on observera un fort effet de freinage, incomparable avec fonctionnement normal moteur.
• Pour que le processus se déroule normalement, il est nécessaire de prévoir une telle conception pour connecter le cadre à l'alimentation électrique, dans laquelle passe actuellement le courant. point zéro les pôles commuteront, ce qui signifie que par rapport au champ magnétique, le courant circulera dans la même direction.

Un tel dispositif utilise un collecteur constitué de plaques isolées, mais nous en reparlerons un peu plus tard.

Comme alternative, vous pouvez créer un cadre comme celui présenté sur la photo ci-dessus. Sa différence est que le courant circule dans le même sens le long des deux contours du châssis, ce qui permet de s'affranchir du collecteur, mais un tel moteur électrique est extrêmement inefficace en raison des forces de freinage agissant en permanence.

Après avoir reçu la rotation du rotor, vous pouvez y attacher un entraînement et lui donner une charge comparable à la puissance du moteur, obtenant ainsi un modèle fonctionnel.

Structure d'un moteur électrique à courant continu

Passons donc à la structure des moteurs :

• Stator ou inducteur– une partie fixe du moteur, qui est une pièce qui crée un champ électromagnétique constant. Le stator est constitué d'un noyau en tôle d'acier mince (une pièce est assemblée à partir de plaques d'un certain profil la bonne taille) et les enroulements.

• Le bobinage s'insère dans les rainures du noyau d'une certaine manière, formant les pôles magnétiques principaux et supplémentaires, naturellement, lorsqu'ils sont connectés au réseau.
• Le bobinage de champ est situé aux pôles principaux, tandis que sur les autres, il sert à améliorer la commutation - il augmente le rendement du moteur et son rendement.

• Rotor moteur, qui est ici l'ancre, a également une structure similaire, mais ce qui la distingue, tout d'abord, c'est que ce bloc moteur est mobile. C'est celui-ci qui remplace le cadre tournant des exemples évoqués ci-dessus.
• Tours d'enroulement de l'induit isolés les uns des autres et connectés aux plaques de contact du collecteur, à travers lesquelles l'alimentation est fournie.
• Toutes les pièces du rotor sont fixées sur un arbre métallique, qui est l'axe central de rotation du moteur. Un entraînement y est connecté, transmettant le couple à des mécanismes externes.

• Collectionneur(un cylindre rayé monté sur un arbre) est relié à l'alimentation électrique par l'intermédiaire de balais, le plus souvent en graphite. En général, la structure du collecteur est telle que les plaques de contact sont également isolées, ce qui permet de changer efficacement le sens du courant dans le circuit afin d'éviter le freinage moteur.
• Les pinceaux eux-mêmes ont un contact coulissant avec les plaques du collecteur et sont maintenus dans une position par des porte-balais. Les ressorts aident à maintenir une tension de contact constante (et nous savons que les brosses s'usent et deviennent plus fines).

• Les balais sont reliés par des fils de cuivre à l'alimentation électrique. Puis ça commence circuit externe alimentation et contrôle, dont nous parlerons un peu plus tard.

• Après le collecteur sur l'arbre se trouve un roulement, assurant une rotation en douceur. Sur le dessus, il est protégé par un anneau polymère spécial qui le protège de la poussière.

Conseil! L'un des pannes fréquentes moteurs électriques, est en panne de roulement. Si vous ne remplacez pas ce petit élément structurel à temps, vous pouvez facilement brûler tout le moteur.

• AVEC revers enroulements, sur le même arbre, la roue est située, dont le flux d'air refroidit efficacement le moteur.
• L'entraînement est généralement fixé derrière la roue, dont les paramètres diffèrent en fonction de la destination de l'unité dans laquelle le moteur à courant continu est installé.

En gros, c'est tout. Comme vous pouvez le constater, le design est assez simple et, surtout, très efficace.

Caractéristiques des moteurs à collecteur

En général, un moteur à collecteur est vraiment bon appareil. De telles unités sont faciles à régler. Augmenter ou diminuer la vitesse n'est pas un problème. Il est facile de donner un couple clair ou une caractéristique mécanique rigide.

Cependant, malgré un certain nombre des avantages indéniables, le moteur présente une complexité d'assemblage accrue par rapport aux moteurs à courant alternatif dotés d'un rotor auto-excitant ou d'autres unités sans balais, ainsi qu'une fiabilité moindre. Et tout le problème réside dans ce même collectionneur.

• Cet appareil est assez cher, et le prix de sa réparation est parfois comparable à celui d'une pièce neuve, si la restauration est possible.
• Il s'obstrue pendant le fonctionnement par des poussières conductrices, ce qui, avec le temps, peut provoquer une panne de l'ensemble du moteur.
• Le collecteur produit des étincelles, créant des interférences, et lorsque charge élevée il peut même flamber, créant un feu circulaire. Dans ce cas, il sera court-circuité par un arc, incompatible avec la durée de vie du moteur.

Nous avons déjà dit plus haut que sa tâche est de changer la direction du courant dans les tours du bobinage, et nous souhaitons maintenant examiner la question plus en détail.

• Donc, essentiellement, cette partie Le rotor sert de redresseur de courant, c'est-à-dire que le courant alternatif devient constant lorsqu'il le traverse, ce qui est vrai pour les générateurs, ou change le sens du courant si nous parlons de sur les moteurs.
• Dans le cas de l'exemple évoqué ci-dessus avec un bâti tournant dans un champ magnétique, il fallait un collecteur constitué de deux demi-anneaux isolés.
• Les extrémités du cadre sont reliées à différents demi-anneaux, ce qui évite tout court-circuit du circuit.
• On s'en souvient, le collecteur est en contact avec les balais, qui sont installés de telle manière qu'ils ne se touchent pas en même temps et changent les demi-anneaux lorsque le châssis passe le point zéro.

Tout est extrêmement simple, mais de tels moteurs et générateurs ne peuvent pas avoir une puissance normale en raison de leur conception. En conséquence, ils ont commencé à réaliser l'armature avec plusieurs tours afin que les conducteurs actifs soient toujours aussi proches que possible des pôles de l'aimant, car, en se souvenant de la loi induction électromagnétique, il devient clair que cette position est la plus efficace.

Puisque le nombre de tours augmente, cela signifie que le collecteur doit être divisé en plus grand nombre pièces, ce qui explique en fait la complexité de fabrication et le coût élevé de cet élément.

Alternative au moteur brossé

L'ère des semi-conducteurs a longtemps régné en électronique, ce qui permet de réaliser des microcircuits fiables et compacts. Alors pourquoi utilisons-nous encore des moteurs à balais ? Mais vraiment ?

• Les ingénieurs n’ont pas non plus laissé le problème inaperçu. En conséquence, le collecteur a été remplacé par des interrupteurs d'alimentation et des capteurs supplémentaires ont été ajoutés à la conception pour enregistrer situation actuelle rotor afin que le système détermine automatiquement le moment où le bobinage commute.
• Comme nous nous en souvenons, peu importe que l'aimant se déplace par rapport au conducteur ou que cela se produise dans l'autre sens. Par conséquent, le stator devient l'induit et sur le rotor se trouve un aimant permanent ou un simple enroulement connecté à la puissance via des anneaux de contact, ce qui facilite grandement la rotation à l'intérieur de la structure.

• La structure des bagues collectrices rappelle un peu celle d'un collecteur, mais elles sont beaucoup plus fiables et plus faciles à fabriquer dans des conditions de production.

En fin de compte, il s'est avéré nouveau type moteur, à savoir un moteur à courant continu sans balais alias BLDC. L'appareil présente les mêmes avantages qu'un moteur à collecteur, mais nous nous débarrassons du collecteur ennuyeux.

Cependant, ces moteurs ne sont utilisés que dans des appareils coûteux, alors que techniques simples, par exemple, un presse-agrumes ou le même marteau perforateur sera plus rentable à produire si vous y installez des modèles de moteurs à collecteur classiques.

Contrôle du moteur à courant continu

Ainsi, comme vous l'avez déjà compris, le principe de base de fonctionnement d'un moteur à courant continu est d'inverser le sens du courant dans le circuit d'induit, sinon un freinage se produirait, entraînant l'arrêt du moteur. Ainsi, le moteur tourne dans un sens, mais ce mode n'est pas le seul, et on peut faire tourner le moteur dans le sens opposé.

Pour ce faire, il suffit de changer le sens du courant dans l'enroulement d'excitation, ou d'échanger les balais par lesquels l'énergie est fournie à l'enroulement du rotor.

Conseil! Si vous effectuez ces deux manipulations en même temps, alors rien n'arrivera au moteur, et il continuera à tourner dans le même sens qu'auparavant.

Cependant, ce ne sont pas tous les points qui doivent être ajustés dans un tel moteur. Lorsque vous devez contrôler clairement la vitesse d'une telle unité ou organiser un mode de contrôle de vitesse spécial, en plus des interrupteurs à bascule et des interrupteurs, des éléments plus complexes sont inclus dans le circuit de contrôle.

• Les inconvénients suivants doivent être pris en compte : moteurs à collecteur: faible couple à bas régime moteur, c'est pourquoi les appareils nécessitent une boîte de vitesses, ce qui augmente le coût et la complexité de la conception ; génération de fortes interférences ; Eh bien, et la faible fiabilité du collecteur, dont nous avons parlé ci-dessus.
• Il est également pris en compte que la consommation de courant et la vitesse de rotation de l'arbre dépendent également de la charge mécanique exercée sur l'arbre.
• Ainsi, le paramètre principal qui détermine la vitesse de rotation de l'arbre est la tension fournie à l'enroulement. Par conséquent, selon la logique, des dispositifs qui régulent la tension de sortie sont utilisés pour contrôler ce paramètre.

• De tels dispositifs sont des stabilisateurs de tension réglables. Aujourd'hui, il est plus judicieux d'utiliser des stabilisateurs intégraux de compensation bon marché, tels que LM. Le circuit de commande avec un tel dispositif est illustré dans le schéma ci-dessus.

• Le système est assez primitif, mais il semble assez simple et surtout efficace et peu coûteux. Nous voyons que la limitation de la tension de sortie est régulée par une résistance supplémentaire désignée Rlim, dont le calcul de la résistance figure dans la spécification. Il faut comprendre que cela détériore les performances de l'ensemble du circuit en tant que stabilisateur.
• Nous voyons que deux variantes du schéma sont présentées, laquelle sera la plus performante ? L'option « a » produit une caractéristique linéaire pour une régulation pratique, ce qui la rend très populaire.
• L’option « b », au contraire, a une caractéristique non linéaire. La différence réelle sera perceptible en cas de défaillance de la résistance variable : dans le premier cas, nous obtenons vitesse maximale rotation, et dans le second – au contraire, minime.

Nous n’approfondirons pas davantage la jungle, puisque notre article est principalement à titre informatif. Nous avons examiné les principes de fonctionnement des moteurs à courant continu, et c'est déjà quelque chose. Si la question vous intéresse, assurez-vous de regarder la vidéo suivante. Et sur ce, nous vous disons au revoir ! Meilleurs vœux!

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 (en grosses voitures), ou posés sur une âme isolée avec du carton électrique (petites machines). Pour meilleur refroidissement le serpentin est divisé en plusieurs parties, entre lesquelles sont laissés des canaux de ventilation. 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
L'enroulement d'induit est constitué de fils de cuivre ronds ou section 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 attacher les doigts de brosse des porte-balais, formant ainsi 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.
Boucliers de roulement machine électrique servir de pièces de liaison entre le cadre et l'ancre, ainsi que de structure de support pour l'ancre, 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.
DANS dernières années Le stator des moteurs à courant continu est assemblé à partir de feuilles séparées acier électrique. L'étrier, les rainures, les pôles principaux et supplémentaires sont simultanément estampés dans la tôle.

Les moteurs électriques sont des machines capables de convertir l’énergie électrique en énergie mécanique. Selon le type de courant consommé, ils sont divisés en moteurs à courant alternatif et à courant continu. Cet article se concentrera sur ces derniers, abrégés en DBT. Les moteurs à courant continu nous entourent chaque jour. Ils sont équipés d’outils électriques alimentés par batterie, de véhicules électriques, de certaines machines industrielles et bien plus encore.

Conception et principe de fonctionnement

La structure d'un DFC est similaire à celle d'un moteur électrique synchrone à courant alternatif ; la différence entre eux réside uniquement dans le type de courant consommé. Le moteur est constitué d'une partie fixe - un stator ou inducteur, d'une partie mobile - d'un induit et d'un ensemble balais-collecteur. L'inducteur peut être réalisé sous la forme d'un aimant permanent si le moteur est de faible puissance, mais le plus souvent il est équipé d'un enroulement d'excitation à deux pôles ou plus. L'armature est constituée d'un ensemble de conducteurs (enroulements) fixés dans des rainures. DANS le modèle le plus simple Les DPT utilisaient un seul aimant et un cadre à travers lequel passait le courant. Cette conception ne peut être considérée que comme un exemple simplifié, tandis que la conception moderne est une version améliorée qui a plus appareil complexe et développer la puissance nécessaire.

Le principe de fonctionnement d'un DPT est basé sur la loi d'Ampère : si un cadre métallique chargé est placé dans un champ magnétique, il se mettra à tourner. Le courant qui le traverse forme autour de lui son propre champ magnétique qui, au contact de l'extérieur champ magnétique commencera à faire pivoter le cadre. Dans le cas d'un châssis, la rotation se poursuivra jusqu'à ce qu'il prenne une position neutre parallèle au champ magnétique externe. Pour mettre le système en mouvement, vous devez ajouter un autre cadre. Dans les DPT modernes, les cadres sont remplacés par une armature avec un jeu de conducteurs. Un courant est appliqué aux conducteurs, les chargeant, ce qui crée un champ magnétique autour de l'armature, qui commence à interagir avec le champ magnétique de l'enroulement de champ. À la suite de cette interaction, l'ancre tourne certain angle. Ensuite, le courant circule vers les conducteurs suivants, etc.
Pour charger alternativement les conducteurs d'induit, des brosses spéciales en graphite ou en alliage cuivre-graphite sont utilisées. Ils jouent le rôle de contacts qui ferment le circuit électrique aux bornes d'une paire de conducteurs. Toutes les bornes sont isolées les unes des autres et combinées en une unité collectrice - un anneau de plusieurs lamelles situées sur l'axe de l'arbre d'induit. Pendant le fonctionnement du moteur, les balais de contact ferment alternativement les lamelles, ce qui permet au moteur de tourner uniformément. Plus l'armature comporte de conducteurs, plus le DPT fonctionnera de manière uniforme.

Les moteurs à courant continu sont divisés en :
— moteurs électriques à excitation indépendante ;
— moteurs électriques à auto-excitation (parallèle, série ou mixte).
Le circuit DPT avec excitation indépendante permet de connecter l'enroulement d'excitation et l'induit à différentes sources alimentation électrique, ils ne sont donc pas connectés électriquement les uns aux autres.
L'excitation parallèle est réalisée par connexion parallèle enroulements d'inductance et d'induit à une seule source d'alimentation. Ces deux types de moteurs présentent des caractéristiques de performances difficiles. Leur vitesse de rotation de l'arbre de travail ne dépend pas de la charge et peut être ajustée. De tels moteurs ont trouvé une application dans des machines avec charge variable où il est important de réguler la vitesse de rotation de l'arbre
Avec une excitation en série, l'induit et l'enroulement de champ sont connectés en série, la valeur du courant électrique est donc la même. De tels moteurs fonctionnent « plus doucement », ont une plage de contrôle de vitesse plus grande, mais nécessitent une charge constante sur l'arbre, sinon la vitesse de rotation peut atteindre un point critique. Ils ont un couple de démarrage élevé, ce qui facilite le démarrage, mais la vitesse de rotation de l'arbre dépend de la charge. Ils sont utilisés dans les véhicules électriques : dans les grues, les trains électriques et les tramways urbains.
Le type mixte, dans lequel un enroulement d'excitation est connecté à l'induit en parallèle et le second en série, est rare.

Bref historique de la création

M. Faraday est devenu un pionnier dans l'histoire de la création de moteurs électriques. Créer une véritable modèle de travail il ne le pouvait pas, mais c’est lui qui a fait la découverte qui a rendu cela possible. En 1821, il réalise une expérience utilisant un fil chargé placé dans du mercure dans un bain contenant un aimant. Lors de l'interaction avec un champ magnétique conducteur métallique a commencé à tourner, convertissant l'énergie du courant électrique en travail mécanique. Les scientifiques de l’époque travaillaient à la création d’une machine dont le fonctionnement serait basé sur cet effet. Ils voulaient obtenir un moteur qui fonctionnait selon le principe du piston, c'est-à-dire de manière à ce que l'arbre de travail se déplace de manière alternative.
En 1834, le premier moteur électrique courant continu, développé et créé par le scientifique russe B.S. Jacobi. C'est lui qui a proposé de remplacer le mouvement alternatif de l'arbre par sa rotation. Dans son modèle, deux électro-aimants interagissaient l’un avec l’autre, faisant tourner un arbre. En 1839, il teste avec succès un bateau équipé d'un DPT. L'histoire ultérieure de ce groupe motopropulseur est essentiellement une amélioration du moteur Jacobi.

Caractéristiques du DBT

Comme d’autres types de moteurs électriques, le DPT est fiable et respectueux de l’environnement. Contrairement aux moteurs AC, il est possible d'ajuster la vitesse de rotation de l'arbre en large gamme, fréquence, et il est facile de démarrer.
Un moteur à courant continu peut être utilisé à la fois comme moteur et comme générateur. Il est également possible de changer le sens de rotation de l'arbre en changeant le sens du courant dans l'induit (pour tous les types) ou dans le bobinage inducteur (pour les moteurs à excitation séquentielle).
Le contrôle de la vitesse de rotation est obtenu en se connectant à un circuit résistance variable. A excitation séquentielle, il est situé dans le circuit d'induit et permet de réduire la vitesse dans des rapports de 2:1 et 3:1. Cette option convient aux équipements soumis à de longues périodes d'inactivité, car le rhéostat chauffe considérablement pendant le fonctionnement. Une augmentation de la vitesse est assurée en connectant un rhéostat au circuit du bobinage d'excitation.
Pour les moteurs à enroulement shunt, des rhéostats sont également utilisés dans le circuit d'induit pour réduire la vitesse à moins de 50 % des valeurs nominales. Le réglage de la résistance dans le circuit d'enroulement d'excitation vous permet d'augmenter la vitesse jusqu'à 4 fois.
L'utilisation de rhéostats est toujours associée à des pertes de chaleur importantes, c'est pourquoi dans les modèles de moteurs modernes, ils sont remplacés par circuits électroniques, vous permettant de contrôler la vitesse sans pertes d'énergie importantes.
L'efficacité d'un moteur à courant continu dépend de sa puissance. Les modèles de faible puissance ont un faible rendement, avec un rendement d'environ 40 %, tandis que les moteurs de 1 000 kW peuvent avoir un rendement allant jusqu'à 96 %.

Avantages et inconvénients du DBT

Les principaux avantages des moteurs à courant continu sont les suivants :
— simplicité de conception ;
— facilité d'utilisation;
— la possibilité de réguler la vitesse de rotation de l'arbre ;
— démarrage facile(notamment pour les moteurs à excitation séquentielle) ;
— possibilité d'utilisation comme générateurs ;
- dimensions compactes.
Défauts:
- avoir un « maillon faible » - les brosses en graphite qui s'usent rapidement, ce qui limite leur durée de vie ;
- coût élevé ;
— lors de la connexion au réseau, ils nécessitent des redresseurs de courant.

Champ d'application

Les moteurs à courant continu sont largement utilisés dans les transports. Ils sont installés dans les tramways, les trains électriques, les locomotives électriques, les locomotives à vapeur, les bateaux à moteur, les camions bennes, les grues, etc. De plus, ils sont utilisés dans les outils, les ordinateurs, les jouets et les mécanismes mobiles. On les retrouve souvent sur les machines de production, où il est nécessaire de réguler la vitesse de l'arbre de travail sur une large plage.