Comment fonctionne un variateur de vitesse à courant continu ? Comment est conçu un moteur à courant continu (DMC) et comment il fonctionne. Moteur à collecteur avec enroulements de champ

Tout le monde sait qu’il existe dans l’espace des étoiles, des planètes, des astéroïdes et des comètes qui peuvent être observés à l’œil nu ou au télescope. On sait également qu'il existe des objets spatiaux spéciaux - les trous noirs.

Une étoile peut se transformer en trou noir vers la fin de sa vie. Lors de cette transformation, l'étoile se contracte très fortement, tandis que sa masse se maintient. L'étoile se transforme en une boule petite mais très lourde. Si nous supposons que notre planète Terre deviendra un trou noir, son diamètre dans cet état ne sera que de 9 millimètres. Mais la Terre ne pourra pas se transformer en trou noir, car au cœur des planètes se produisent des réactions complètement différentes, différentes de celles des étoiles.

Une compression et un compactage aussi forts de l'étoile se produisent parce que, sous l'influence de réactions thermonucléaires au centre de l'étoile, sa force d'attraction augmente considérablement et commence à attirer la surface de l'étoile vers son centre. Peu à peu, la vitesse à laquelle l’étoile se contracte augmente et finit par dépasser la vitesse de la lumière. Lorsqu’une étoile atteint cet état, elle cesse de briller car les particules de lumière – les quanta – ne peuvent pas vaincre la force de gravité. Une étoile dans cet état cesse d’émettre de la lumière ; elle reste « à l’intérieur » du rayon gravitationnel – la limite à l’intérieur de laquelle tous les objets sont attirés vers la surface de l’étoile. Les astronomes appellent cette limite l’horizon des événements. Et au-delà de cette limite, la force gravitationnelle du trou noir diminue. Étant donné que les particules lumineuses ne peuvent pas franchir la limite gravitationnelle d'une étoile, un trou noir ne peut être détecté qu'à l'aide d'instruments, par exemple si pour des raisons inconnues un vaisseau spatial ou un autre corps - une comète ou un astéroïde commencera à changer de trajectoire, ce qui signifie qu'il est très probablement sous l'influence des forces gravitationnelles d'un trou noir. Un objet spatial contrôlé dans une telle situation doit allumer de toute urgence tous les moteurs et quitter la zone de gravité dangereuse, et s'il n'y a pas assez de puissance, il sera inévitablement englouti par un trou noir.

Si le Soleil pouvait se transformer en trou noir, alors les planètes système solaire se retrouveraient dans le rayon gravitationnel du Soleil et il les attirerait et les absorberait. Heureusement pour nous, cela n'arrivera pas, car... Seules les étoiles très grandes et massives peuvent se transformer en trou noir. Le soleil est trop petit pour ça. Au cours de son évolution, le Soleil deviendra très probablement une naine noire éteinte. D'autres trous noirs qui existent actuellement dans l'espace, pour notre planète et terrestre vaisseaux spatiaux pas dangereux - ils sont trop loin de nous.

Dans la série télévisée populaire "The Big Bang Theory", que vous pouvez regarder, vous n'apprendrez pas les secrets de la création de l'Univers ni les raisons de l'émergence de trous noirs dans l'espace. Les personnages principaux sont passionnés par les sciences et travaillent au département de physique de l'université. Ils se retrouvent constamment dans diverses situations ridicules et amusantes à regarder.

Le fonctionnement de tout moteur électrique est basé sur le principe induction électromagnétique. Le moteur électrique est constitué d'une partie fixe - le stator (pour les moteurs asynchrones et synchrones CA) ou inducteur (pour les moteurs CC) et la partie mobile - le rotor (pour les moteurs à courant alternatif asynchrone et synchrone) ou l'induit (pour les moteurs à courant continu). Les aimants permanents sont souvent utilisés comme inducteurs sur les moteurs à courant continu de faible puissance.

Tous les moteurs, grosso modo, peuvent être divisés en deux types :
Moteurs à courant continu
Moteurs AC (asynchrones et synchrones)

Moteurs à courant continu

Selon certains avis ce moteur peut-être un autre nom machine synchrone DC avec autosynchronisation. Un moteur simple, qui est une machine à courant continu, est constitué d'un aimant permanent sur un inducteur (stator), d'un électro-aimant à pôles prononcés sur l'induit (un induit à deux broches avec des pôles prononcés et un enroulement), d'un ensemble balai-collecteur. avec 2 plaques (lamelles) ) et 2 brosses.
Un moteur simple a 2 positions de rotor (2 « points morts »), à partir desquelles le démarrage automatique est impossible, et un couple inégal. En première approximation, le champ magnétique des pôles du stator est uniforme (uniforme).

Ces moteurs équipés d'un groupe balais-collecteur sont :

Collectionneur - appareil électrique, dans lequel le capteur de position du rotor et le commutateur de courant dans les enroulements sont le même dispositif - un ensemble balais-collecteur.

Sans balais- système électromécanique fermé constitué d'un dispositif synchrone à distribution sinusoïdale champ magnétique dans l'espace, capteur de position du rotor, convertisseur de coordonnées et amplificateur de puissance. Une option plus chère que les moteurs à balais.

Moteurs à courant alternatif

En fonction du type de fonctionnement, ces moteurs sont divisés en moteurs synchrones et asynchrones. La différence fondamentale est que dans les machines synchrones, la 1ère harmonique de la force magnétomotrice du stator se déplace avec la vitesse de rotation du rotor (c'est pourquoi le rotor lui-même tourne à la vitesse de rotation du champ magnétique dans le stator), tandis que dans les machines asynchrones machines il y a et reste une différence entre la vitesse de rotation du rotor et la vitesse de rotation du champ magnétique dans le stator (le champ tourne plus vite que le rotor).

Synchrone- un moteur à courant alternatif dont le rotor tourne de manière synchrone avec le champ magnétique de la tension d'alimentation. Ces moteurs sont traditionnellement utilisés avec une puissance énorme (des centaines de kilowatts et plus).
Il existe des moteurs synchrones avec un mouvement angulaire discret du rotor - des moteurs pas à pas. Dans ceux-ci, cette position du rotor est fixée en alimentant les enroulements correspondants. La transition vers une autre position s'effectue en supprimant la tension d'alimentation de certains enroulements et en la transférant vers d'autres enroulements du moteur.
Un autre type de moteur synchrone est un moteur à réluctance commutée dont l'alimentation électrique des enroulements est réalisée à l'aide d'éléments semi-conducteurs.

Asynchrone- un moteur à courant alternatif dans lequel la vitesse du rotor diffère de la fréquence du champ magnétique de torsion créé par la tension d'alimentation ; le deuxième nom des machines asynchrones est induction du fait que le courant dans l'enroulement du rotor est induit par le champ tournant ; du stator. Les machines asynchrones représentent désormais une part importante machines électriques. Ils sont principalement utilisés sous forme de moteurs électriques et sont considérés comme des convertisseurs clés d'énergie électrique en énergie mécanique, et les moteurs asynchrones à rotor à cage d'écureuil sont principalement utilisés.

Selon le nombre de phases, les moteurs sont :

• monophasé
• biphasé
• triphasé

Les moteurs les plus populaires et les plus demandés utilisés dans la production et les ménages :

Moteur asynchrone monophasé à cage d'écureuil

Un moteur asynchrone monophasé n'a qu'un seul enroulement de travail sur le stator, auquel un courant alternatif est fourni pendant le fonctionnement du moteur. Bien que pour démarrer le moteur, il existe également un enroulement auxiliaire sur son stator, qui est brièvement connecté au réseau via un condensateur ou une inductance, ou est court-circuité par les contacts de démarrage de l'interrupteur. Ceci est nécessaire pour créer un déphasage initial afin que le rotor commence à tourner, sinon le champ magnétique pulsé du stator ne déplacerait pas le rotor de sa place.

Le rotor d'un tel moteur, comme tout autre moteur asynchrone à rotor à cage d'écureuil, est un noyau cylindrique avec des rainures remplies d'aluminium, avec des pales de ventilation immédiatement coulées.
Un tel rotor est appelé rotor à cage d'écureuil. Les moteurs monophasés sont utilisés dans les appareils de faible puissance, notamment les ventilateurs de pièce ou les petites pompes.

Moteur asynchrone biphasé à cage d'écureuil

Les moteurs asynchrones biphasés sont plus efficaces lorsqu'ils fonctionnent à partir d'un réseau CA monophasé. Ils contiennent deux enroulements de travail sur le stator, situés perpendiculairement, tandis que l'un des enroulements est connecté directement au réseau alternatif et le second via un condensateur déphaseur, de sorte qu'un champ magnétique tournant est libéré, mais sans le condensateur, le rotor serait ne bouge pas.

Ces moteurs ont, entre autres, un rotor à cage d'écureuil et leur utilisation est encore plus large que celle des moteurs monophasés. Il y a déjà machines à laver, et diverses machines. Les moteurs biphasés destinés à l'alimentation électrique à partir de réseaux monophasés sont appelés moteurs à condensateur, car un condensateur déphaseur en est souvent considéré comme un élément essentiel.

Moteur asynchrone triphasé à cage d'écureuil

Triphasé moteur asynchrone a trois enroulements de travail sur le stator, décalés les uns par rapport aux autres de sorte que lorsqu'ils sont connectés à un réseau triphasé, leurs champs magnétiques sont décalés dans l'espace les uns par rapport aux autres de 120 degrés. Lorsque vous allumez le moteur triphasé pour réseau triphasé courant alternatif, un champ magnétique tournant apparaît, provoquant le déplacement du rotor à cage d'écureuil.

Les enroulements statoriques d'un moteur triphasé peuvent être connectés selon un circuit « étoile » ou « triangle », tandis que pour alimenter le moteur selon un circuit « étoile », il faudra une tension supérieure à celle pour un circuit « triangle » sur le moteur, donc 2 tensions sont indiquées, par exemple : 127/220 ou 220/380. Les moteurs triphasés sont indispensables pour entraîner diverses machines, treuils, scies circulaires, grues, etc.

Moteur asynchrone triphasé à rotor bobiné

Un moteur asynchrone triphasé avec un rotor de phase a un stator similaire aux types de moteurs décrits ci-dessus, un circuit magnétique feuilleté avec 3 enroulements posés dans ses fentes, mais le rotor de phase n'est pas rempli de tiges de duralumin, mais d'un véritable triphasé. l'enroulement de phase est déjà posé, en connexion « étoile ». Les extrémités de l'étoile d'enroulement du rotor sont amenées vers trois anneaux de contact montés sur l'arbre du rotor et séparés électriquement de celui-ci.

Au moyen de balais, l'alimentation triphasée est notamment fournie aux anneaux. tension alternative, et la mise sous tension peut se faire soit directement, soit via des rhéostats. Bien entendu, les moteurs à rotor bobiné sont plus chers, même si leur couple de démarrage sous charge est bien supérieur à celui des moteurs à rotor à cage d'écureuil. C'est précisément en raison de la force accrue et de l'énorme couple de démarrage que ce type les moteurs sont utilisés dans les entraînements des ascenseurs et des grues, c'est-à-dire que l'appareil démarre sous charge et non au ralenti, comme pour les moteurs à rotor à cage d'écureuil.

Équipements ménagers et médicaux, modélisation d'avions, entraînements de fermeture de canalisations pour gazoducs et oléoducs - c'est loin d'être liste complète domaines d'application des moteurs à courant continu sans balais (BD). Examinons la conception et le principe de fonctionnement de ces actionneurs électromécaniques pour mieux comprendre leurs avantages et inconvénients.

Informations générales, appareil, champ d'application

L’une des raisons de l’intérêt porté au BD est le besoin croissant de micromoteurs à grande vitesse avec un positionnement précis. La structure interne de ces lecteurs est illustrée à la figure 2.

Riz. 2. Conception de moteur sans balais

Comme vous pouvez le voir, la conception se compose d'un rotor (induit) et d'un stator, le premier a un aimant permanent (ou plusieurs aimants disposés dans un certain ordre) et le second est équipé de bobines (B) pour créer un champ magnétique. .

Il est à noter que ces mécanismes électromagnétiques peuvent être soit à armature interne (ce type de conception est visible sur la figure 2), soit externe (voir figure 3).

Riz. 3. Conception Outrunner

En conséquence, chacune des conceptions a un domaine d'application spécifique. Les appareils dotés d'une armature interne ont une vitesse de rotation élevée, ils sont donc utilisés dans les systèmes de refroidissement, comme centrales électriques pour drones, etc. Les actionneurs à rotor externe sont utilisés là où un positionnement précis et une résistance au couple sont requis (robotique, équipement médical, machines CNC, etc.).

Principe de fonctionnement

Contrairement à d'autres entraînements, par exemple une machine asynchrone à courant alternatif, le BD nécessite pour fonctionner un contrôleur spécial qui active les enroulements de telle sorte que les vecteurs des champs magnétiques de l'induit et du stator soient orthogonaux les uns par rapport aux autres. Autrement dit, le dispositif pilote régule le couple agissant sur l’armature DB. Ce processus est clairement démontré dans la figure 4.

Comme vous pouvez le constater, pour chaque mouvement de l'induit, il est nécessaire d'effectuer une certaine commutation dans l'enroulement du stator d'un moteur de type brushless. Ce principe de fonctionnement ne permet pas un contrôle fluide de la rotation, mais permet de prendre rapidement de l'élan.

Différences entre les moteurs avec et sans balais

Le variateur de type collecteur diffère du BD car caractéristiques de conception(voir Fig. 5.), et le principe de fonctionnement.

Riz. 5. A – moteur à balais, B – sans balais

Regardons les différences de conception. D'après la figure 5, il est clair que le rotor (1 sur la figure 5) d'un moteur de type collecteur, contrairement à un moteur sans balais, comporte des bobines avec circuit simple un bobinage et des aimants permanents (généralement deux) sont installés sur le stator (2 sur la Fig. 5). De plus, un collecteur est installé sur l'arbre, auquel sont connectés des balais, fournissant une tension aux enroulements d'induit.

Parlons brièvement du principe de fonctionnement des machines collectrices. Lorsqu’une tension est appliquée à l’une des bobines, elle est excitée et un champ magnétique se forme. Il interagit avec des aimants permanents, ce qui provoque la rotation de l'armature et du collecteur placé dessus. En conséquence, l’alimentation est fournie à l’autre enroulement et le cycle se répète.

La fréquence de rotation d'un induit de cette conception dépend directement de l'intensité du champ magnétique, qui, à son tour, est directement proportionnelle à la tension. Autrement dit, pour augmenter ou diminuer la vitesse, il suffit d'augmenter ou de diminuer le niveau de puissance. Et pour inverser il faut changer la polarité. Cette méthode de contrôle ne nécessite pas de contrôleur spécial, car le contrôleur de vitesse peut être réalisé sur la base d'une résistance variable et un interrupteur ordinaire fonctionnera comme un onduleur.

Nous avons discuté des caractéristiques de conception des moteurs sans balais dans la section précédente. Comme vous vous en souvenez, leur connexion nécessite un contrôleur spécial, sans lequel ils ne fonctionneront tout simplement pas. Pour la même raison, ces moteurs ne peuvent pas être utilisés comme générateur.

Il convient également de noter que dans certains entraînements de ce type, pour un contrôle plus efficace, les positions du rotor sont surveillées à l'aide de capteurs Hall. Cela améliore considérablement les caractéristiques des moteurs sans balais, mais augmente le coût d'une conception déjà coûteuse.

Comment démarrer un moteur brushless ?

Pour faire fonctionner des lecteurs de ce type, vous aurez besoin d'un contrôleur spécial (voir Fig. 6). Sans cela, le lancement est impossible.

Riz. 6. Contrôleurs de moteur sans balais pour la modélisation

Il ne sert à rien d'assembler un tel appareil vous-même ; il sera moins cher et plus fiable d'en acheter un tout fait. Vous pouvez le sélectionner par les caractéristiques suivantes, caractéristique des pilotes de canal PWM :

• Intensité de courant maximale admissible, cette caractéristique est donnée pour le fonctionnement normal de l'appareil. Très souvent, les fabricants indiquent ce paramètre dans le nom du modèle (par exemple, Phoenix-18). Dans certains cas, une valeur est donnée pour un mode crête que le contrôleur peut maintenir pendant plusieurs secondes.
• Valeur maximale tension standard pour un fonctionnement à long terme.
• Résistance circuits internes contrôleur.
• La vitesse autorisée est indiquée en tr/min. Au-delà de cette valeur, le contrôleur ne permettra pas d'augmenter la rotation (la limitation est mise en œuvre sur niveau du programme). Attention, la vitesse est toujours donnée pour les variateurs bipolaires. S'il y a plus de paires de pôles, divisez la valeur par leur nombre. Par exemple, le nombre indiqué est 60000 tr/min donc pour 6 moteur magnétique la vitesse de rotation sera de 60000/3=20000 prm.
• La fréquence des impulsions générées, pour la plupart des contrôleurs, ce paramètre varie de 7 à 8 kHz, plus modèles chers permettent de reprogrammer le paramètre en l'augmentant à 16 ou 32 kHz.

Veuillez noter que les trois premières caractéristiques déterminent la puissance de la base de données.

Contrôle du moteur sans balais

Comme mentionné ci-dessus, la commutation des enroulements d'entraînement est contrôlée électroniquement. Pour déterminer quand commuter, le conducteur surveille la position de l'armature à l'aide de capteurs Hall. Si le variateur n'est pas équipé de tels détecteurs, la force contre-électromotrice qui se produit dans les bobines de stator non connectées est prise en compte. Le contrôleur, qui est essentiellement un complexe matériel-logiciel, surveille ces changements et définit l'ordre de commutation.

Moteur CC sans balais triphasé

La plupart des bases de données sont mises en œuvre selon une conception en trois phases. Pour contrôler un tel variateur, le contrôleur dispose d'un convertisseur Tension continue en impulsion triphasée (voir Fig. 7).

Figure 7. Diagrammes de tension OBD

Pour expliquer le fonctionnement d'un tel moteur de vanne, en association avec la figure 7, vous devez considérer la figure 4, qui montre tour à tour toutes les étapes du fonctionnement du variateur. Écrivons-les :

1. Une impulsion positive est appliquée aux bobines « A », tandis qu'une impulsion négative est appliquée à « B », ce qui fait que l'armature se déplace. Les capteurs enregistreront son mouvement et enverront un signal pour la prochaine commutation.
2. La bobine « A » est éteinte et une impulsion positive va à « C » (« B » reste inchangé), puis un signal est envoyé à l'ensemble d'impulsions suivant.
3. « C » est positif, « A » est négatif.
4. Une paire de « B » et de « A » fonctionne, qui reçoit des impulsions positives et négatives.
5. Une impulsion positive est réappliquée à « B » et une impulsion négative à « C ».
6. Les bobines « A » sont allumées (+ est fourni) et l'impulsion négative sur « C » est répétée. Puis le cycle se répète.

Dans l'apparente simplicité du contrôle, il y a beaucoup de difficultés. Il faut non seulement surveiller la position de l'induit afin de produire la prochaine série d'impulsions, mais aussi contrôler la vitesse de rotation en ajustant le courant dans les bobines. De plus, vous devez choisir le plus paramètres optimaux pour l'accélération et le freinage. Il convient également de rappeler que le contrôleur doit être équipé d'une unité permettant de contrôler son fonctionnement. L'apparence d'un tel dispositif multifonctionnel est visible sur la figure 8.

Riz. 8. Contrôleur de commande de moteur sans balais multifonction

Avantages et inconvénients

Le moteur électrique brushless présente de nombreux avantages, à savoir :

• La durée de vie est nettement plus longue que celle des analogues des collecteurs conventionnels.
• Haute efficacité.
• Numérotation rapide vitesse maximale rotation.
• C'est plus puissant que le CD.
• L'absence d'étincelles pendant le fonctionnement permet au variateur d'être utilisé dans des conditions à risque d'incendie.
• Aucun refroidissement supplémentaire requis.
• Facile à utiliser.

Voyons maintenant les inconvénients. Désavantage important, ce qui limite l'utilisation de la base de données - ils sont relativement coût élevé(y compris le prix du chauffeur). Parmi les inconvénients figure l'impossibilité d'utiliser la base de données sans pilote, même pour une activation à court terme, par exemple pour vérifier sa fonctionnalité. Réparations problématiques, surtout si un rembobinage est nécessaire.

Créer un flux magnétique pour générer un couple. L'inducteur doit inclure soit aimants permanents ou enroulement d'excitation. L'inducteur peut faire partie à la fois du rotor et du stator. Dans le moteur représenté sur la Fig. 1, le système d'excitation est constitué de deux aimants permanents et fait partie du stator.

Types de moteurs à collecteur

Selon la conception du stator, un moteur à collecteur peut être l'un ou l'autre.

Schéma d'un moteur à balais à aimant permanent

Le moteur à courant continu à balais (DCM) à aimants permanents est le plus courant parmi les DCMC. Ce moteur comprend des aimants permanents qui créent un champ magnétique dans le stator. Les moteurs à courant continu à collecteur à aimants permanents (CMDC PM) sont généralement utilisés dans des tâches qui ne nécessitent pas une puissance élevée. Les moteurs PM DC sont moins chers à produire que les moteurs à collecteur avec enroulements de champ. Dans ce cas, le couple du PM DC est limité par le champ des aimants permanents du stator. Le DCDC à aimant permanent réagit très rapidement aux changements de tension. Grâce au champ statorique constant, il est facile de contrôler la vitesse du moteur. L'inconvénient d'un moteur à courant continu à aimant permanent est qu'avec le temps, les aimants perdent leurs propriétés magnétiques, ce qui entraîne une réduction du champ statorique et des performances du moteur.

Avantages :
• meilleur rapport prix/qualité
• couple élevé à basse vitesse
• réponse rapide aux changements de tension

Défauts:
• aimants permanents au fil du temps, ainsi que sous l'influence températures élevées perdent leurs propriétés magnétiques

Moteur à collecteur avec enroulements de champ

Selon le schéma de connexion de l'enroulement du stator, les moteurs électriques à collecteur avec enroulements de champ sont divisés en moteurs :

Schème excitation indépendante

Schème excitation parallèle

Schème excitation séquentielle

Circuit d'excitation mixte

Moteurs indépendant Et excitation parallèle

Dans les moteurs électriques à excitation indépendante, l'enroulement de champ n'est pas connecté électriquement à l'enroulement (figure ci-dessus). Habituellement, la tension d'excitation U OB diffère de la tension dans le circuit d'induit U. Si les tensions sont égales, l'enroulement d'excitation est connecté en parallèle avec l'enroulement d'induit. L'utilisation d'une excitation indépendante ou parallèle dans un entraînement par moteur électrique est déterminée par le circuit d'entraînement électrique. Les propriétés (caractéristiques) de ces moteurs sont les mêmes.

Dans les moteurs à excitation parallèle, les courants d'enroulement de champ (inducteur) et d'induit sont indépendants les uns des autres, et le courant total du moteur est égal à la somme du courant d'enroulement de champ et du courant d'induit. Pendant fonctionnement normal, avec une tension croissante L'alimentation augmente le courant total du moteur, ce qui entraîne une augmentation des champs du stator et du rotor. Avec augmentation courant apparent le régime moteur augmente également et le couple diminue. Quand le moteur est chargé Le courant d'induit augmente, ce qui entraîne une augmentation du champ d'induit. À mesure que le courant d'induit augmente, le courant de l'inducteur (enroulement d'excitation) diminue, ce qui entraîne une diminution du champ de l'inducteur, ce qui entraîne une diminution de la vitesse du moteur et une augmentation du couple.

Avantages :
• couple presque constant à basse vitesse
• bonnes propriétés d'ajustement
• pas de perte de magnétisme dans le temps (puisqu'il n'y a pas d'aimants permanents)

Défauts:
• plus cher que KDPT PM
• le moteur devient incontrôlable si le courant de l'inducteur tombe à zéro

Un moteur à excitation parallèle à balais a un couple décroissant à haute vitesse et un couple élevé, mais plus constant à basse vitesse. Le courant dans les enroulements de l'inducteur et de l'induit ne dépend pas l'un de l'autre, donc courant total Le moteur électrique est égal à la somme des courants d'inductance et d'induit. Par conséquent ce type Les moteurs ont d'excellentes performances de contrôle de vitesse. Le moteur CC à balais et à enroulement shunt est généralement utilisé dans les applications nécessitant une puissance supérieure à 3 kW, en particulier dans applications automobiles et l'industrie. Par rapport à un moteur à excitation parallèle, il ne perd pas ses propriétés magnétiques avec le temps et est plus fiable. Les inconvénients d'un moteur à excitation parallèle sont un coût plus élevé et la possibilité que le moteur devienne incontrôlable si le courant de l'inducteur tombe à zéro, ce qui peut entraîner une panne du moteur.

Dans les moteurs électriques excités en série, l'enroulement d'excitation est connecté en série avec l'enroulement d'induit et le courant d'excitation est égal au courant d'induit (I in = I a), ce qui donne aux moteurs propriétés spéciales. À petites charges, lorsque le courant d'induit est inférieur au courant nominal (I a < I nom) et que le système magnétique du moteur n'est pas saturé (F ~ I a), le couple électromagnétique est proportionnel au carré du courant dans le bobinage d'induit :

• où M – , N∙m,
• c M est un coefficient constant déterminé par les paramètres de conception du moteur,
• Ф – flux magnétique principal, Wb,
• I a – courant d'induit, A.

À mesure que la charge augmente, le système magnétique du moteur devient saturé et la proportionnalité entre le courant I a et le flux magnétique F est violée. Avec une saturation importante, le flux magnétique Ф n'augmente pratiquement pas avec l'augmentation de Ia. Le graphique de la dépendance M=f(I a) dans la partie initiale (lorsque le système magnétique n'est pas saturé) a la forme d'une parabole, puis, à saturation, il s'écarte de la parabole et dans la région charges lourdes va en ligne droite.

Important: Il est inacceptable de connecter des moteurs excités en série au réseau en mode ralenti (sans charge sur l'arbre) ou avec une charge inférieure à 25 % de la charge nominale, car à faibles charges, la fréquence de rotation de l'induit augmente fortement, atteignant des valeurs auquel la destruction mécanique du moteur est possible, donc dans les entraînements avec des moteurs à excitation séquentielle, il est inacceptable d'utiliser un entraînement par courroie, s'il casse, le moteur passe en mode ralenti. L'exception concerne les moteurs à excitation en série d'une puissance allant jusqu'à 100-200 W, qui peuvent fonctionner en mode veille, car leur puissance entraîne des pertes mécaniques et magnétiques lorsque hautes fréquences la rotation est proportionnelle à puissance nominale moteur.

La capacité des moteurs à excitation série à développer un couple électromagnétique important leur confère de bonnes propriétés de démarrage.

Le moteur à collecteur excité en série a un couple élevé à basse vitesse et développe grande vitesse quand il n'y a pas de charge. Ce moteur électrique est idéal pour les appareils qui doivent développer un couple élevé (grues et treuils), car le courant du stator et du rotor augmente sous charge. Contrairement aux moteurs à excitation parallèle, un moteur à excitation en série n'a pas de caractéristique de contrôle de vitesse précise et, dans le cas de court-circuit enroulement d'excitation, celui-ci peut devenir incontrôlable.

Un moteur à excitation mixte comporte deux enroulements de champ, l'un d'eux est connecté en parallèle à l'enroulement d'induit et le second en série. Le rapport entre les forces magnétisantes des enroulements peut être différent, mais généralement l'un des enroulements crée une force magnétisante plus grande et cet enroulement est appelé enroulement principal, le deuxième enroulement est appelé enroulement auxiliaire. Les enroulements de champ peuvent être activés de manière coordonnée et à contre-courant, et par conséquent le flux magnétique est créé par la somme ou la différence des forces magnétisantes des enroulements. Si les enroulements sont connectés en conséquence, les caractéristiques de vitesse d'un tel moteur se situent entre les caractéristiques de vitesse des moteurs à excitation parallèle et série. La contre-connexion des enroulements est utilisée lorsqu'il est nécessaire d'obtenir une vitesse de rotation constante ou une augmentation de la vitesse de rotation avec une charge croissante. Ainsi, les caractéristiques de performance d'un moteur à excitation mixte se rapprochent de celles d'un moteur à excitation parallèle ou série, selon lequel des enroulements d'excitation joue le rôle principal.

Quelle que soit sa conception, tout moteur électrique est conçu de la même manière : à l'intérieur d'une rainure cylindrique dans un enroulement fixe (stator), un rotor tourne, dans lequel un champ magnétique est excité, entraînant la répulsion de ses pôles du stator.

Le maintien d'une répulsion constante nécessite soit une recommutation des enroulements du rotor, comme cela se fait sur les moteurs électriques à balais, soit la création d'un champ magnétique tournant dans le stator lui-même ( exemple classique- moteur triphasé asynchrone).

Types de moteurs électriques et leurs caractéristiques

L'efficacité et la fiabilité des équipements dépendent directement du moteur électrique, son choix nécessite donc une approche sérieuse.

Par moteur électrique énergie électrique se transforme en mécanique. La puissance, les tours par minute, la tension et le type d'alimentation sont les principaux indicateurs des moteurs électriques. Aussi, grande valeur avoir des indicateurs de poids, de taille et d’énergie.

Les moteurs électriques présentent de grands avantages. Ainsi, par rapport à des moteurs thermiques de puissance comparable, en taille moteurs électriques beaucoup plus compact. Ils sont parfaits pour une installation dans de petites zones, par exemple dans l'équipement de tramways, de locomotives électriques et sur des machines-outils à des fins diverses.

Lors de leur utilisation, aucune vapeur ni produit de décomposition n'est libéré, ce qui garantit la propreté de l'environnement. Les moteurs électriques sont divisés en moteurs à courant continu et à courant alternatif, moteurs pas à pas, servomoteurs et moteurs linéaires.

Les moteurs électriques à courant alternatif, quant à eux, sont divisés en synchrones et asynchrones.

• Moteurs à courant continu
  Ils sont utilisés pour créer des entraînements électriques réglables avec des indicateurs de dynamique et de performance élevés. Ces indicateurs incluent une grande uniformité de rotation et de capacité de rechargement. Ils sont utilisés pour compléter les machines de fabrication du papier, de teinture, de finition et de manutention, pour les équipements polymères, les plates-formes de forage et les unités auxiliaires des excavatrices. Ils sont souvent utilisés pour équiper tous types de véhicules électriques.
• 
  Ils sont plus demandés que les moteurs à courant continu. Ils sont souvent utilisés dans la vie quotidienne et dans l'industrie. Leur production est beaucoup moins chère, leur conception est plus simple et plus fiable et leur fonctionnement est assez simple. Presque tous les appareils électroménagers sont équipés de moteurs à courant alternatif. Ils sont utilisés dans machines à laver, hottes de cuisine, etc. Dans les grandes industries, ils sont utilisés pour entraîner des machines-outils, des treuils pour déplacer des charges lourdes, des compresseurs, des pompes hydrauliques et pneumatiques et des ventilateurs industriels.
• Moteurs pas à pas
  Ils fonctionnent sur le principe de convertir des impulsions électriques en mouvements mécaniques de nature discrète. La plupart des bureaux et matériel informatiqueéquipés d'eux. Ces moteurs sont très petits mais très productifs. Parfois, ils sont demandés dans certaines industries.
• Servomoteurs
  Fait référence aux moteurs à courant continu. Ils sont de haute technologie. Leur travail s'effectue grâce à l'utilisation de négatifs retour. Un tel moteur est particulièrement puissant et est capable de développer une vitesse de rotation d'arbre élevée, qui est réglée à l'aide de logiciel informatique. Cette fonction le rend populaire dans l’équipement des lignes de production et dans les machines industrielles modernes.
• Moteurs linéaires
  Ils ont la capacité unique de mouvement rectiligne du rotor et du stator l'un par rapport à l'autre. De tels moteurs sont indispensables au fonctionnement de mécanismes dont le fonctionnement est basé sur le mouvement avant et alternatif des organes de travail. L'utilisation d'un moteur électrique linéaire peut augmenter la fiabilité et l'efficacité du mécanisme car il simplifie considérablement son fonctionnement et élimine presque complètement la transmission mécanique.
• Moteurs synchrones
  Il s'agit d'un type de moteurs électriques à courant alternatif. La fréquence de rotation de leur rotor est égale à la fréquence de rotation du champ magnétique dans l'entrefer. Ils sont utilisés pour les compresseurs, les grands ventilateurs, les pompes et les générateurs DC car ils fonctionnent à vitesse constante.
• Moteurs asynchrones
  Ils appartiennent également à la catégorie des moteurs électriques à courant alternatif. La vitesse de rotation de leur rotor diffère de la fréquence de rotation du champ magnétique créé par le courant dans l'enroulement du stator. Les moteurs asynchrones sont divisés en deux types, selon la conception du rotor : à cage d'écureuil et à rotor bobiné. La conception du stator est la même dans les deux types, la seule différence réside dans le bobinage.

Les moteurs électriques sont indispensables dans monde moderne. Grâce à eux, le travail des personnes est grandement facilité. Leur utilisation contribue à réduire le coût de l'effort humain et à rendre la vie quotidienne beaucoup plus confortable.

Désignation de la série du moteur :

• AIR, A, 4A, 5A, AD, 7АVER - moteurs électriques industriels généraux avec réglage de puissance selon GOST 51689-2000
• AIS, 6A, IMM, RA, AIS - moteurs électriques industriels généraux avec liaison de puissance selon la norme européenne DIN (CENELEC)
• AIM, AIML, 4VR, VA, AV, VAO2, 1VAO, 3V - moteurs électriques antidéflagrants
• AIU, VRP, AVR, 3AVR, VR - moteurs électriques miniers antidéflagrants
• A4, DAZO4, AOM, DAV, AO4 - moteurs électriques haute tension

Signe de modification du moteur électrique :

• M - moteur électrique modernisé (par exemple : ADM63A2U3)
• K - moteur électrique à rotor bobiné (par exemple : 5ANK280A6)
• X - moteur électrique dans un châssis en aluminium (par exemple : 5AMX180M2U3)
• E - moteur électrique monophasé 220V (par exemple : AIRE80S2U3)
• N - moteur électrique protégé avec auto-ventilation (par exemple : 5AN200M2U3)
• F - moteur électrique protégé à refroidissement forcé (par exemple : 5AF180M2U3)
• C - moteur électrique à glissement accru (par exemple : AIRS180M4U3)
• B - moteur électrique intégré (par exemple : ADMV63V2U3)
• R - moteur électrique avec couple de démarrage accru (par exemple : AIRR180S4U3)
• P - moteur électrique pour l'entraînement des ventilateurs dans les élevages de volailles (« poulailler ») (par exemple : AIRP80A6U2)

La conception climatique généralement acceptée GOST s'applique à tous les types de machines, instruments, moteurs électriques et autres produits techniques. Transcription complète les désignations sont données ci-dessous.

La lettre indique la zone climatique

• U - climat tempéré ;
• T-climat tropical ;
• CL - climat froid ;
• M—climat marin modéré-froid ;
• О - version climatique générale (sauf mer) ;
• OM - version marine climatique générale ;
• B - version tout climat.

• 1 - à l'extérieur ;
• 2 - sous un auvent ou à l'intérieur, où les conditions sont les mêmes qu'à l'extérieur, à l'exception du rayonnement solaire ;
• 3 - en intérieur sans régulation artificielle des conditions climatiques ;
• 4 - en intérieur avec régulation artificielle des conditions climatiques (ventilation, chauffage) ;
• 5 - dans des pièces très humides, sans régulation artificielle des conditions climatiques

Selon le type d'exploitation, ces moteurs sont répartis en :

• moteurs synchrones;
• moteurs asynchrones ;.

Selon le nombre de phases, les moteurs sont :

• monophasé
• biphasé
• triphasé

La différence fondamentale est que dans les machines synchrones, la 1ère harmonique de la force magnétomotrice du stator se déplace avec la vitesse de rotation du rotor (c'est pourquoi le rotor lui-même tourne à la vitesse de rotation du champ magnétique dans le stator), tandis que dans les machines asynchrones machines il y a et reste une différence entre la vitesse de rotation du rotor et la vitesse de rotation du champ magnétique dans le stator (le champ tourne plus vite que le rotor).

Le rotor d'un tel moteur électrique est un cylindre métallique dans les rainures duquel des conducteurs conducteurs sont pressés ou coulés sous un angle par rapport à l'axe de rotation, et aux extrémités du rotor, ils sont réunis par des anneaux en un tout. Le champ magnétique alternatif du stator excite un contre-courant dans le rotor, qui ressemble à une roue d'écureuil, et, par conséquent, un champ magnétique qui le repousse du stator.

Selon le nombre d'enroulements statoriques, un moteur asynchrone peut être :

• Monophasé- dans ce cas, le principal inconvénient du moteur est l'impossibilité de démarrer tout seul, puisque le vecteur de la force de répulsion passe strictement par l'axe de rotation. Pour commencer à fonctionner, le moteur nécessite soit une poussée de démarrage, soit l'inclusion d'un enroulement de démarrage séparé, ce qui crée un moment de force supplémentaire qui décale leur vecteur total par rapport à l'axe de l'induit.
• Moteur électrique biphasé comporte deux enroulements dans lesquels les phases sont décalées d'un angle correspondant à l'angle géométrique entre les enroulements. Dans ce cas, un champ magnétique dit tournant est créé dans le moteur électrique (la diminution de l'intensité du champ dans les pôles d'un enroulement se produit de manière synchrone avec son augmentation dans l'autre). Un tel moteur devient capable de démarrer tout seul, mais a du mal à faire marche arrière. Étant donné que l'alimentation électrique moderne n'utilise pas de réseaux biphasés, les moteurs électriques de ce type sont en fait utilisés dans des réseaux monophasés, la deuxième phase étant connectée via un élément déphaseur (généralement un condensateur).
• Moteur électrique asynchrone triphasé- le type de moteur asynchrone le plus avancé, puisqu'il apparaît possibilité de facile inverser - changer l'ordre d'allumage des enroulements de phase change le sens de rotation du champ magnétique et, par conséquent, le rotor.

Les moteurs à courant alternatif à balais sont utilisés dans les cas où il est nécessaire d'obtenir hautes fréquences rotation (les moteurs électriques asynchrones ne peuvent pas dépasser la vitesse de rotation du flux magnétique dans le stator - pour un réseau industriel de 50 Hz cela fait 3000 tr/min). De plus, ils bénéficient en couple de démarrage (ici il est proportionnel au courant et non à la vitesse) et ont moins courant de démarrage, moins de surcharge du réseau électrique au démarrage. Ils facilitent également le contrôle de votre vitesse.

L'inconvénient de ces avantages est le coût élevé (cela nécessite la fabrication d'un rotor avec un noyau empilé, plusieurs enroulements et un collecteur, également plus difficile à équilibrer) et une durée de vie plus courte. En plus de la nécessité de remplacer régulièrement les balais portables, le collecteur lui-même s'use avec le temps.

Un moteur électrique synchrone a la particularité que le champ magnétique du rotor n'est pas induit par le champ magnétique du stator, mais par son propre enroulement connecté à une source de courant continu distincte. De ce fait, sa fréquence de rotation est égale à la fréquence de rotation du champ magnétique du stator, d’où le terme « synchrone ».

Comme un moteur à courant continu, un moteur synchrone à courant alternatif est réversible : lorsqu'une tension est appliquée au stator, il agit comme un moteur électrique, lorsqu'il est entraîné en rotation par source externe il commence lui-même à exciter enroulements de phase CA. Le principal domaine d'utilisation des moteurs électriques synchrones est celui des entraînements de grande puissance. Ici, une augmentation du rendement par rapport aux moteurs électriques asynchrones signifie une réduction significative des pertes électriques.

Les moteurs synchrones sont également utilisés dans les véhicules électriques. Cependant, pour contrôler la vitesse dans ce cas, un puissant convertisseurs de fréquence, mais lors du freinage, il est possible de restituer de l'énergie au réseau.

Étant donné que le courant continu n'est pas capable de créer un champ magnétique variable, assurer une rotation continue du rotor nécessite une recommutation forcée des enroulements ou un changement discret de la direction du champ magnétique.

Le plus ancien de méthodes connues- c'est l'utilisation d'un collecteur électromécanique. Dans ce cas, l'induit du moteur électrique comporte plusieurs enroulements multidirectionnels reliés aux lamelles du collecteur situées dans la position appropriée par rapport aux balais. Au moment de la mise sous tension, une impulsion se produit dans l'enroulement connecté aux balais, après quoi le rotor tourne et un nouvel enroulement est activé au même endroit par rapport aux pôles du stator.

Étant donné que la magnétisation du stator ne change pas pendant le fonctionnement d'un moteur à collecteur à courant continu, de puissants aimants permanents peuvent être utilisés à la place d'un noyau avec des enroulements, ce qui rendra le moteur plus compact et plus léger.

Ces moteurs équipés d'un groupe balais-collecteur sont :

• Collectionneur- un appareil électrique dans lequel le capteur de position du rotor et l'interrupteur de courant dans les enroulements sont le même appareil - une unité collecteur-balai.
• Sans balais- un système électromécanique fermé constitué d'un dispositif synchrone à répartition sinusoïdale du champ magnétique dans l'entrefer, d'un capteur de position du rotor, d'un convertisseur de coordonnées et d'un amplificateur de puissance. Une option plus chère que les moteurs à balais.

Le moteur à collecteur n'est pas sans un certain nombre d'inconvénients. Ce:

• niveau élevé d'interférences, à la fois transmises au réseau d'alimentation lors de la commutation des enroulements d'induit et excitées par les balais étincelants ;
• usure inévitable du collecteur et des balais ;
• augmentation du bruit pendant le fonctionnement.

L'électronique de puissance moderne a permis de remédier à ces défauts en utilisant ce que l'on appelle le moteur pas à pas - dans lequel le rotor a une magnétisation permanente, et périphérique externe change séquentiellement la direction du courant dans plusieurs enroulements du stator. En effet, pour une seule impulsion de courant, le rotor tourne selon un angle (pas) fixe, d'où le nom de moteurs électriques de ce type.

Les moteurs pas à pas sont silencieux et vous permettent également d'ajuster à la fois le couple (amplitude d'impulsion) et la vitesse (fréquence) dans la plage la plus large, et peuvent également être facilement inversés en modifiant l'ordre des signaux. Pour cette raison, ils sont largement utilisés dans les servos et l'automatisation, mais leur puissance maximale est déterminé par les capacités du circuit de commande de puissance, sans lequel les moteurs pas à pas sont inopérants.

Moteur électrique asynchrone monophasé

L'appareil est un moteur électrique asynchrone dans lequel le stator n'a qu'un seul enroulement fonctionnel. L'équipement est destiné à être connecté à réseau monophasé CA. L'unité est utilisée pour compléter les systèmes d'entraînement pour les applications industrielles et appareils électroménagers faible puissance - pompes, machines, broyeurs, presse-agrumes, hachoirs à viande, ventilateurs, compresseurs, etc.

Avantages de cet équipement :

• conception simple ;
• consommation économique d'électricité;
• polyvalence (le moteur électrique monophasé est utilisé dans de nombreux domaines industriels);
• niveau acceptable de vibrations et de bruit pendant le fonctionnement ;
• durée de vie accrue;
• résistance à différents types surcharges

Un plus distinct moteurs électriques monophasés Les fabricants indiqués sont la possibilité de connecter l'appareil à un réseau de 220 volts. Grâce à cela, l'appareil peut être utilisé non seulement en production, mais également pour résoudre tâches quotidiennes plan de ménage. Les moteurs électriques asynchrones monophasés présentés sont faciles à connecter et ne nécessitent pas de entretien

Moteur électrique asynchrone triphasé

L'unité est un moteur à courant alternatif asynchrone composé d'un rotor et d'un stator à trois enroulements. L'appareil est destiné au raccordement à un réseau triphasé à courant alternatif. Ce moteur électrique asynchrone a trouvé de nombreuses applications dans l'industrie : il est souvent utilisé pour compléter des équipements puissants, tels que des compresseurs, des concasseurs, des broyeurs et des centrifugeuses. De plus, l'unité est incluse dans la conception de nombreux dispositifs d'automatisation et de télémécanique, dispositifs médicaux, ainsi que diverses machines et scies destinées à être utilisées dans des conditions domestiques.

Parmi les avantages des appareils présentés, il convient de noter :

• niveaux élevés d'efficacité et de productivité;
• polyvalence (le moteur électrique asynchrone triphasé est utilisé dans divers domaines d'activité) ;
• faible niveau de vibrations et de bruit pendant le fonctionnement ;
• corps léger, mais en même temps fiable et résistant à l'usure;
• le respect des exigences strictes des normes de qualité européennes.

De plus, les moteurs électriques asynchrones triphasés se caractérisent par leur facilité d'installation et à long terme services. Il convient de noter que sur les modèles de certains fabricants, vous pouvez installer modules supplémentaires selon la demande du client. Par exemple, moteurs électriques triphasés La série BN peut être équipée d'un système de refroidissement forcé, qui garantit une bonne et travail efficace l'unité à basse vitesse.

mirprivoda.ru, eltechbook.ru