Moteurs CC 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 dû principalement au coût relativement élevé, plus appareil complexe, difficultés à fournir de la nourriture. 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.

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. champ magnétique poteaux dans l'entrefer sous les poteaux. 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 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 fixé 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 voitures rapides haute puissance Pour éviter le gonflement des plaques sous l'influence des forces centrifuges, des anneaux de bandage isolés externes sont utilisés.
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.
Pour connecter la brosse à circuit électrique Il y a un câble en cuivre flexible.
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.
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.

6.2. Conception et principe de fonctionnement d'un moteur à courant continu. Moyens techniques automatisation et contrôle

6.2. Conception et principe de fonctionnement d'un moteur à courant continu

Comme actionneurs dans de nombreux appareils d'automatisation : dans les appareils radioélectroniques, optiques, mécaniques ainsi que portables équipés de sources autonomes énergie électrique, les moteurs à courant continu sont largement utilisés. Ces moteurs ont un numéro avantages par rapport aux autres types d'IE : linéarité des caractéristiques mécaniques (DMC), bonnes propriétés de contrôle, couple de démarrage important, vitesse élevée, large plage de puissance différents types DPT et bon poids et dimensions.

Principal inconvénient de ces moteurs est la présence d'un dispositif collecteur à balais, qui limite la durée de vie du véhicule automobile et augmente le coût d'entretien du véhicule automobile, introduit des pertes supplémentaires, est source d'interférences et élimine pratiquement la possibilité d'utiliser le moteur moteur dans des environnements agressifs et explosifs.

6.2.1. Conception DPT

Structurellement, le DPT se compose d'un stator (partie fixe) et d'un rotor ou induit (partie rotative) placé à l'intérieur du stator. Une conception simplifiée de la machine peut être expliquée à l'aide de la figure 61.

Stator se compose d'un cadre en acier 1, sur la surface intérieure duquel se trouvent les pôles principaux, constitués de noyaux 2 et de bobines de champ 3. Dans la partie inférieure du noyau polaire se trouve une pièce polaire 4, qui assure la répartition souhaitée du champ magnétique induction dans l'entrefer de la machine. Des flasques de roulement sont fixés au cadre sur les côtés d'extrémité (non représentés sur la Fig. 61), à l'un desquels sont fixés des porte-balais avec des balais en métal-graphite 9.

Rotor(ancre) Le DPT se compose d'un noyau 5, d'un enroulement d'induit 6, d'un collecteur 7 et d'un arbre 8.

Cœur 5 est un cylindre constitué de tôles d'acier électrique embouties, avec un trou pour l'arbre du moteur et des rainures dans lesquelles sont posés les conducteurs de l'enroulement d'induit.

Collectionneur 7 – un cylindre constitué de plaques de cuivre de section trapézoïdale, isolées électriquement les unes des autres et de l'arbre moteur.

Enroulement L'induit de la machine est un système fermé de conducteurs posés et fixés dans les rainures du noyau 5. Il est constitué de tronçons (bobines) dont les conclusions sont reliées à deux plaques collectrices. Dans les micromachines conventionnelles avec une paire de pôles sur le stator, l'enroulement d'induit est un simple enroulement en boucle (schéma Fig. 62), lors de la construction duquel les bornes des sections d'enroulement sont connectées à deux plaques collectrices adjacentes, et le nombre de les sections d'enroulement et le nombre de plaques collectrices du collecteur sont les mêmes.

Enroulement, dont le schéma est présenté sur la Fig. 62, contient 4 sections, dont chacune est constituée de côtés actifs 1, situés dans les rainures des parties centrales et frontales 2, à travers lesquelles les côtés actifs des sections sont reliés entre eux et aux plaques collectrices. Pour que la FEM induite dans les côtés actifs des sections s'additionne, il est nécessaire de placer les côtés actifs d'une section dans les rainures du noyau, espacés les uns des autres d'une distance de division polaire t . Le rotor représenté sur la Fig. 6.1, comporte 8 conducteurs actifs, avec des sections formées par les conducteurs 1 – 5, 2 – 6, 3 – 7 et 4 – 8.

6.2.2. Couple électromagnétique du DPT

Principe actes Le DPT est basé sur l'interaction du courant du conducteur de l'enroulement d'induit avec le champ magnétique d'excitation, à la suite de laquelle une force électromécanique agit sur chaque conducteur d'enroulement d'induit, et la totalité des forces agissant sur tous les conducteurs d'enroulement actifs forme le couple électromagnétique du machine. Disons un cadre porteur de courant placé dans le champ d'un aimant permanent. Riz. 63.

Chaque conducteur porteur de courant placé dans le champ magnétique d'une machine est soumis à une force électromagnétique :

où l est la longueur du conducteur actif, B est l'induction en un point donné de l'entrefer, i est le courant dans le conducteur. Que chaque côté du cadre contienne le nombre de branches parallèles du bobinage 2a. Ensuite, si un courant Iya circule dans les balais de la machine, appelé courant d'induit, alors un courant circule dans chaque conducteur du bobinage d'induit :

La totalité des forces agissant sur tout N conducteurs de trame conduit à l'émergence d'un moment électromagnétique résultant de la machine :

.

Laissez le DPT en question avoir 14h pôles (dans la plupart des cas dans les micromachines 2р = 2, c'est-à-dire le nombre de paires de pôles p = 1). La distance autour de la circonférence de l'armature entre les milieux des pôles adjacents est appelée division des pôles. t. C'est évident que

Où d est le diamètre du cadre.

Parce que le produit l*r est la surface pénétrée par le flux magnétique utile du pôle F, alors l'ampleur de ce flux peut être déterminée comme F=V moyenne *je*r.

Après substitution, on obtient :

ou ,

où c'est la constante constructive électromagnétique de la machine.

Ainsi, le couple électromagnétique développé par le DPT est proportionnel au flux magnétique F et au courant d'induit de la machine Ii. Lors de la rotation du rotor (induit), la condition d'égalité des moments doit être remplie :

M = M n + M p + M d,

où M n – moment charge utile, M p – moment de la perte et

- moment dynamique. Moment dynamique égal à zéro en conditions statiques, plus de zéro lorsque le moteur accélère et moins lors du freinage.

6.2.3. Force électromotrice du DPT

Lorsque le rotor DMT tourne, une CEM est induite dans chaque conducteur actif de l'enroulement d'induit, traversant les lignes de champ magnétique des pôles normales à sa surface. La direction de l'EMF est déterminée par la règle de la main droite ; l'ampleur de la force électromotrice est déterminée par l'expression

où l est la longueur du conducteur actif, B est l'induction en un point donné de l'entrefer, v est la vitesse linéaire de déplacement du conducteur par rapport aux lignes d'induction normales à la surface du rotor. Dans ce cas, lorsque le rotor tourne, la FEM dans chaque conducteur est une variable périodique dans le temps.

La FEM de l'armature de la machine est égale à la somme algébrique des FEM des conducteurs formant une branche parallèle de la machine. Chaque branche parallèle est un groupe de sections connectées en série, dans lesquelles le courant a le même sens. Pour un simple enroulement en boucle, le nombre de branches parallèles 2a toujours égal au nombre de pôles 14h.

Ainsi, pour une machine bipolaire, le bobinage d'induit par rapport aux balais présente deux branches parallèles dont les FEM dans les conducteurs sont dirigées en conséquence. Malgré le fait qu'à mesure que le rotor tourne, de plus en plus de nouveaux conducteurs formeront des branches parallèles, la direction de la FEM dans les conducteurs, ainsi que la direction de la FEM totale de la branche parallèle ou de la FEM d'induit E, reste inchangée avec le même sens de rotation du rotor.

Étant donné que le nombre de conducteurs actifs de la branche parallèle est très important, malgré la nature pulsée de la FEM de chacun des conducteurs, la FEM totale (E) reste presque constante à une vitesse de rotor constante. Dans ce cas, vous pouvez utiliser la valeur de l'induction moyenne dans l'entrefer de la machine Vsr et trouver la FEM.

Comme vous le savez, un moteur électrique à courant continu est un appareil qui, à l'aide de ses deux parties structurelles principales, peut convertir l'énergie électrique en énergie mécanique. Ces principaux détails comprennent :

1. stator - la partie stationnaire/statique du moteur, qui contient les enroulements de champ auxquels l'énergie est fournie ;
2. le rotor est la partie tournante du moteur qui est responsable de la rotation mécanique.

En plus des parties principales mentionnées ci-dessus de la conception du moteur à courant continu, il existe également des pièces auxiliaires, telles que :

1. serrer;
2. poteaux;
3. enroulement d'excitation ;
4. enroulement d'induit ;
5. collectionneur;
6. pinceaux

Ensemble, toutes ces pièces constituent la conception intégrale d’un moteur électrique à courant continu. Examinons maintenant de plus près les principales parties du moteur électrique.

La culasse d'un moteur à courant continu, qui est principalement constituée de fonte ou d'acier, fait partie intégrante du stator ou partie statique du moteur. Sa fonction principale est de former un revêtement protecteur spécial pour les applications plus sophistiquées. pièces internes moteur, ainsi que de fournir un support pour l'enroulement d'induit. De plus, le joug sert revêtement protecteur pour les pôles magnétiques et l'enroulement de champ du moteur à courant continu, fournissant ainsi un support pour l'ensemble du système de champ.

Poteaux

Les pôles magnétiques d'un moteur à courant continu sont des pièces de boîtier boulonnées à la paroi interne du stator. La conception des pôles magnétiques ne contient essentiellement que deux parties, à savoir le noyau polaire et la pièce polaire, qui sont reliées entre elles sous l'influence de la pression hydraulique et fixées au stator.

Vidéo : Conception et assemblage d'un moteur à courant continu

Quoi qu’il en soit, les deux parties répondent à des objectifs différents. Le noyau polaire, par exemple, a une petite surface en coupe transversale et est utilisé pour maintenir la pièce polaire sur la culasse, tandis que la pièce polaire, ayant une surface en coupe transversale relativement grande, est utilisée pour répartir le flux magnétique créé sur le entrefer entre le stator et le rotor pour réduire la résistance aux pertes magnétiques. De plus, la pièce polaire comporte de nombreuses rainures pour les enroulements de champ, qui créent le flux magnétique de champ.

Les enroulements de champ d'un moteur à courant continu sont constitués de bobines de champ (fil de cuivre) enroulées sur les rainures des pièces polaires de telle sorte que lorsque le courant de champ traverse l'enroulement, une polarité opposée se produit aux pôles adjacents. Essentiellement, les enroulements de champ agissent comme une sorte d’électroaimant capable de créer un flux d’excitation dans lequel le rotor du moteur électrique tournerait, puis de l’arrêter facilement et efficacement.

Enroulement d'induit

L'enroulement d'induit d'un moteur à courant continu est fixé au rotor ou à la partie rotative du mécanisme et, par conséquent, est soumis à un champ magnétique changeant le long de sa trajectoire de rotation, ce qui entraîne directement des pertes de magnétisation.

Pour cette raison, le rotor est constitué de plusieurs plaques d'acier électrique à faible hystérésis afin de réduire les pertes magnétiques telles que la perte par hystérésis et la perte par courants de Foucault, respectivement. Des plaques d'acier laminées sont assemblées bout à bout pour créer une structure cylindrique pour le corps de l'armature.

Le corps de l'induit est constitué de rainures (rainures) constituées du même matériau que le noyau, auxquelles sont fixés les enroulements de l'induit et plusieurs tours de fil de cuivre uniformément répartis le long de la périphérie de l'induit. Les rainures des rainures ont des joints poreux en forme de coin afin d'éviter la flexion du conducteur en raison de la force centrifuge importante émise lors de la rotation du rotor, ainsi qu'en présence de courant d'alimentation et d'excitation magnétique.

Il existe deux types de conceptions d’enroulements d’induit de moteur à courant continu :

• enroulement en boucle (à dans ce cas le nombre de chemins de courant parallèles entre les adaptateurs (A) est égal au nombre de pôles (P), c'est-à-dire A = P.
• enroulement ondulé (dans ce cas, le nombre de trajets de courant parallèles entre les adaptateurs (A) est toujours égal à 2, quel que soit le nombre de pôles, c'est-à-dire que la machine est conçue en conséquence).

Collectionneur

Le collecteur d'un moteur électrique à courant continu est une structure cylindrique de segments de cuivre assemblés, mais isolés avec du mica. Si nous parlons deà propos du DPT, le collecteur est ici principalement utilisé comme moyen de commutation ou de transmission du courant de puissance du réseau à travers les balais du moteur électrique vers les enroulements d'induit montés dans la structure rotative.

Pinceaux

Les balais des moteurs à courant continu sont constitués de structures en carbone ou en graphite, créant un contact glissant ou un curseur sur un collecteur rotatif. Les pinceaux sont utilisés pour transférer courant électrique du circuit extérieur à la forme rotative du collecteur, où il va ensuite aux enroulements d'induit. Le collecteur et les balais d'un moteur électrique sont utilisés, en général, pour transférer l'énergie électrique d'un circuit électrique statique vers une zone mécaniquement rotative, ou simplement un rotor.

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 profondeur 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 s'est déroulée à peu près de la même manière. moteurs électriques.

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 et ont essayé de construire machines mécaniques, capable de convertir l'énergie électrique en énergie 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. Tout seul voiture électrique il a reçu un brevet 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 les batteries galvaniques coûteuses de l'époque.
• Deuxièmement, il fallait créer des moteurs assez compacts mais ayant cependant un rendement élevé.
• Et troisièmement– les avantages des moteurs à induits tournants apolaires, 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 de l'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, ce qui fait que 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 à côté de 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-excité 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 coût 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 la direction du courant lorsqu'il s'agit de 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 un 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 le rotor est situé aimant permanent ou un simple enroulement connecté à l'alimentation via des bagues collectrices, qui est beaucoup plus facile à faire tourner 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'avant.

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 mode spécial contrôle de vitesse, en plus des interrupteurs à bascule et des interrupteurs, des éléments plus complexes sont inclus dans le circuit de commande.

• 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 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 d'échec résistance variable: dans le premier cas on obtient 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!