Types de moteurs à courant continu et à courant alternatif, leurs différences

Comment fonctionnent les moteurs

Le principe de fonctionnement de tous les types de moteurs électriques est l'interaction des champs magnétiques du rotor et du stator. Dans ce cas, le champ magnétique peut être créé par un aimant permanent ou un bobinage (bobine-électro-aimant).

Selon la puissance et le type de moteur, les enroulements peuvent être situés uniquement sur le stator ou à la fois sur le stator et sur le rotor. Essayons d'expliquer le dispositif et le principe de fonctionnement pour les nuls en électricité.

Commençons par examiner la conception des moteurs collecteurs. Par exemple, dans les petits moteurs à courant continu à collecteur, comme pour les modèles radio, des aimants permanents sont situés sur le stator et des bobines de fil de cuivre sont enroulées dans le rotor. Le courant vers les bobines du rotor d'un tel moteur électrique est fourni par un ensemble de balais constitué de balais et d'un collecteur. Le collecteur a des lamelles auxquelles les fils d'enroulement sont connectés.

Après la mise sous tension, le rotor (armature) commence à tourner, le collecteur y est fixé et les brosses fixes touchent alternativement différentes paires de lamelles du collecteur. À travers les balais et les lamelles, le courant est fourni aux enroulements du rotor d'abord à un enroulement, puis à l'autre, créant ainsi un champ magnétique changeant qui interagit avec le champ de l'aimant. En conséquence, les pôles des électro-aimants rotatifs et fixes sont attirés, c'est pourquoi la rotation se produit.

Si nous omettons certaines nuances, alors plus le courant du rotor est grand, plus ce champ est grand et plus le rotor tourne vite. Cependant, cela s'applique principalement aux machines à collecteur DC et AC (elles sont universelles).

Si nous parlons d'un moteur asynchrone (AM) avec un rotor à cage d'écureuil, il s'agit d'un moteur à courant alternatif sans balais. Dans celui-ci, les enroulements sont situés sur le stator (a) et le rotor est constitué de tiges (b), court-circuitées par des anneaux - la cage d'écureuil.

Dans ce cas, le champ magnétique tournant du stator génère un courant dans les barreaux du rotor, qui génère également un autre champ magnétique. Que se passe-t-il lorsqu'il y a deux aimants l'un à côté de l'autre ?

Ils sont repoussés ou attirés l'un par l'autre. Puisque le rotor est fixé aux extrémités dans des roulements, le rotor commence à tourner. AD est destiné uniquement au courant alternatif, et sa vitesse de rotation de l'arbre dépend de la fréquence du courant et le nombre de pôles dans les enroulements du stator, nous examinerons cette question plus en détail dans l'article sur l'asynchrone moteurs électriques.

Mais pour démarrer la rotation de l'arbre d'un tel moteur, il est important soit de le pousser (pour donner une vitesse initiale), soit de créer un champ magnétique tournant. Il est créé à l'aide d'enroulements disposés d'une certaine manière, connectés à un réseau électrique triphasé. (par exemple, 380V), ou en utilisant des condensateurs de démarrage et de fonctionnement (y compris le condensateur asynchrone moteurs).

En plus de l'interaction des champs magnétiques dans la rotation de l'arbre du moteur électrique, et force ampère.

Par conséquent, vous devez comprendre que le moment sur l'arbre d'un moteur abstrait et le nombre de tours dépendent de la conception et du type de la machine électrique, ainsi que de la force du courant et de sa fréquence. Je répète que dans cet article, nous n'entrerons pas dans les détails du dispositif de chacun des types et types de moteurs électriques, mais nous ferons des articles séparés pour cela.

Il convient de noter que les moteurs à collecteur asynchrones et universels sont les plus courants dans la vie quotidienne et dans la production, dans les entraînements de machines de construction. Ils sont utilisés partout, aussi bien pour le déplacement de mécanismes industriels, que pour les voitures, les véhicules électriques et utilisés dans les appareils électroménagers, jusqu'à une brosse à dents électrique.

Classement principal

Ainsi, les moteurs électriques sont principalement divisés en machines qui fonctionnent aussi bien en courant continu qu'en courant alternatif. Quelle est la différence entre le courant alternatif et le courant continu, nous avons dit dans l'article: https://samelectrik.ru/chem-otlichaetsya-peremennyj-tok-ot-postoyannogo.html. Nous considérerons les types de moteurs électriques issus de machines fonctionnant sur évidement.

Moteurs à courant alternatif

La plupart des machines électriques utilisées dans la production et dans la vie quotidienne pour entraîner les ascenseurs, dans d'autres types d'entraînement électrique, sont alimentées en courant alternatif.

Les moteurs à courant alternatif peuvent être classés comme suit :

• asynchrone;
• synchrone.

Dans ce cas, les moteurs asynchrones se distinguent soit par la conception du rotor :

• avec un rotor à cage d'écureuil (le plus courant avec un nombre quelconque de phases);
• avec rotor de phase (uniquement triphasé).

Et par le nombre de phases :

• les monophasés (avec un condensateur de démarrage) sont utilisés dans les ventilateurs électriques domestiques et autres appareils de faible puissance;
• condensateur ou biphasé (ceux-ci sont monophasés avec un condensateur qui ne s'éteint pas pendant le fonctionnement, en raison de quoi "Deuxième phase") sont utilisées dans les petites pompes, la ventilation, sur les machines à laver de type "bébé" et les anciens modèles de production L'URSS ;
• triphasés sont les plus courants et sont utilisés partout dans la production.

Il existe différentes conceptions d'IM monophasé, la liste contient deux options principales !

Une caractéristique de tous les moteurs électriques asynchrones est que la vitesse du rotor est légèrement inférieure à la vitesse de rotation du champ magnétique du stator et est égale à :

où n est le nombre de tours par minute, f est la fréquence du réseau d'alimentation, p est le nombre de paires de pôles, s est le glissement et "60" est les secondes par minute.

Ainsi, la vitesse du rotor est déterminée par la fréquence du réseau d'alimentation, la conception des enroulements, ou plutôt le nombre de paires de pôles (bobines) qu'il contient et la quantité de glissement.

Le glissement est une quantité qui caractérise à quel point la vitesse du rotor est inférieure à la fréquence du champ magnétique tournant. Dans des conditions de fonctionnement normales, il est compris entre 0,01 et 0,06. En termes simples, le champ dans un stator avec une paire de pôles tourne à une vitesse :

60 * 50/1 = 3000 tr/min

Avec deux paires - 1500 tr/min et avec trois paires - 1000 tr/min.

En glissement, par exemple, à 0,05, la vitesse du rotor sera égale à :

3000 * (1-0,05) = 2850 tr/min

Pour régler la vitesse de tels moteurs électriques, utilisez convertisseurs de fréquence, puisque nous ne pouvons pas influencer le reste des variables de la formule ci-dessus.

Les plus courants en Russie sont les moteurs asynchrones avec une tension d'alimentation de 220 V pour connecter les enroulements en triangle et 380 V en étoile.

Si dans une machine électrique triphasée le champ tournant du stator est créé par la disposition des enroulements et un déphasage dans le réseau de 120˚, alors en monophasé un tel effet n'est pas observé. L'arbre tournera si vous lui donnez une rotation initiale en tournant l'arbre à la main ou en installant un condensateur de déphasage, ce qui créera un déphasage sur l'enroulement de démarrage.

Les moteurs à condensateur biphasé sont disposés de la même manière, mais le deuxième enroulement ne s'éteint pas après le démarrage, mais continue de fonctionner condensateur. Par conséquent, le nom "biphasé" fait plutôt référence au schéma de conception et de connexion, et non aux circuits d'alimentation. Le biphasé et le monophasé sont conçus pour fonctionner à partir d'un réseau 220V.

Les moteurs électriques synchrones (SM) sont presque toujours exécutés avec un enroulement d'excitation sur l'induit, et le courant l'excitation lui est transmise soit par l'ensemble des balais, soit induite par un champ électromagnétique systèmes.

Cela est nécessaire pour que son arbre tourne à une fréquence qui coïncide avec la fréquence de rotation du champ statorique. C'est-à-dire qu'il n'y a pas de paramètre tel que le glissement dans ce cas.

Le courant d'excitation est fourni par des systèmes d'excitation spéciaux tels que « générateur-moteur » ou des convertisseurs électroniques à base de thyristors ou de transistors. Les plus courants dans les entreprises nationales sont les appareils tels que VTE, TVU, etc.

Il n'y a pas toujours d'enroulement de champ et de balais, par exemple, dans un four à micro-ondes, un moteur synchrone à aimants permanents est utilisé pour entraîner la rotation de la parabole.

Les machines synchrones sont saillantes et implicites. Les différences visuelles résident dans la conception du rotor, en pratique, il existe une différence dans leurs caractéristiques, leurs méthodes de production et leur conception. Dans la pratique, il est peu probable que l'électricien domestique moyen ait à s'en occuper.

Il reste à dire l'essentiel à propos des moteurs à courant alternatif - ils sont difficiles à ajuster la vitesse de rotation en raison du fait que leur vitesse est liée à la vitesse. Réduction de tension (courant) sur le stator ou excitation (pour synchrone et asynchrone avec un rotor de phase) entraîne une baisse du moment et une augmentation de la quantité de glissement (à AD), tandis que l'arbre peut tourner Ralentissez. Pour contrôler la vitesse de ces moteurs, vous avez besoin d'un convertisseur de fréquence. Nous avons expliqué comment choisir un convertisseur de fréquence dans l'article: https://samelectrik.ru/vybor-chastotnogo-preobrazovatelya.html.

Moteurs à courant continu (moteurs à courant continu)

Il existe les types et types de moteurs à courant continu suivants :

1. Moteurs collecteurs à courant continu. Ils sont constitués d'aimants ou d'une bobine d'excitation et d'une armature, le courant est transmis à l'enroulement d'induit à l'aide d'un ensemble balai dont l'inconvénient est une usure progressive.
2. Moteurs collecteurs universels. Ils sont similaires aux précédents, mais ils peuvent fonctionner aussi bien en courant continu qu'en courant alternatif.
3. Brushless ou brushless. Il se compose d'enroulements de stator, des aimants permanents sont installés sur le rotor. Il est connecté au circuit CC via un contrôleur spécial qui commute les enroulements du stator.

Les moteurs collecteurs peuvent être divisés en groupes selon le type d'excitation :

• auto-excité;
• avec une excitation indépendante.

Selon le type de connexion des enroulements de champ, ils se distinguent comme suit :

1. L'excitation séquentielle permet un couple élevé sur l'arbre, mais le régime de ralenti est également très élevé et peut endommager le moteur (passer en dépassement).
2. Excitation parallèle - dans ce cas, la vitesse est plus stable et ne change pas sous charge, mais le couple sur l'arbre est moindre.
3. L'excitation mixte combine les mérites des deux types.

Dans les DCT à collecteur de faible puissance, l'excitation est le plus souvent organisée à l'aide d'aimants permanents.

Avec une excitation indépendante du moteur à collecteur, les enroulements du stator et du rotor ne sont pas connectés les uns aux autres, mais sont en fait alimentés par des sources différentes. Ainsi, il est possible d'organiser la régulation du couple ou de la vitesse, ainsi que d'atteindre une plus grande efficacité énergétique.

Selon la conception, un tel moteur électrique peut fonctionner soit uniquement en courant continu, soit fonctionner en courant alternatif et continu. Dans le second cas, ils sont appelés "moteur collecteur universel". Ils sont très répandus dans la vie de tous les jours, utilisés dans les appareils de cuisine et les outils électriques (meuleuses, perceuses, etc.).

Les moteurs sans balais sont dépourvus des inconvénients inhérents aux moteurs à collecteur dus à l'absence d'ensemble à balais. Le courant est fourni aux trois enroulements du stator et les enroulements sont commutés par le contrôleur. En fait, les moteurs à courant continu sans balais sont alimentés par un courant alternatif converti. Vous pouvez découvrir le fonctionnement de ces moteurs en regardant la vidéo suivante :

Leur conception est similaire à celle des moteurs synchrones, sauf que des aimants permanents sont utilisés plutôt que des électro-aimants. Pour faire tourner un tel moteur et augmenter son efficacité, des capteurs à effet Hall sont utilisés pour déterminer la position de l'arbre et la commutation correcte des enroulements.

Ils sont souvent appelés moteurs de vannes, et dans les sources anglophones, ces moteurs, selon leur conception, sont appelés PWSM ou BLDC.

Ils sont utilisés dans les refroidisseurs d'ordinateurs, comme entraînement pour les modèles radiocommandés tels que les quadricoptères, ainsi que dans les motos pour vélos.

Classement supplémentaire

En plus des moteurs discutés ci-dessus, il faut dire d'autres types, tels que:

• pas à pas;
• servomoteurs;
• linéaire;
• moteurs à courant ondulé (similaire à un moteur à courant continu, la différence est que la puissance est fournie par un courant ondulé redressé).

Les moteurs pas à pas et les servos sont utilisés partout où il est nécessaire de positionner l'assemblage d'un mécanisme. L'exemple le plus simple est la CNC, l'imprimante 3D, etc. En outre, avec l'aide de "pas à pas", contrôlez parfois la position du papillon des gaz de la voiture - et ce n'est qu'une petite partie de leur application.

La description des fonctions et caractéristiques de ces types d'entraînements électriques fait l'objet d'un article séparé. Si vous êtes intéressé, écrivez des commentaires et nous le publierons !

Un moteur linéaire, contrairement à tout ce qui précède, le mouvement de son arbre n'est pas de rotation, mais de translation. C'est-à-dire qu'il ne tourne pas, mais se déplace "d'avant en arrière". Ils sont différents:

• courant alternatif sur le principe d'action similaire aux moteurs électriques synchrones et asynchrones;
• courant continu;
• piézoélectrique;
• magnétostrictif.

En pratique, ils sont rares, ils sont utilisés comme entraînement pour un monorail ferroviaire, pour l'alimentation d'un organe de travail dans diverses machines.

Cependant, la classification donnée dans l'article a été choisie du point de vue de la praticité, alors que dans la littérature, il est suggéré de diviser l'entraînement électrique selon les critères suivants.

Par les spécificités du couple généré :

• hystérèse;
• magnétoélectrique.

L'option de classification suivante est basée sur les différences de conception et les caractéristiques de leur conception.

Par type et emplacement de l'arbre :

• avec un arbre horizontal;
• avec placement vertical de l'arbre.

Protection contre les actions de l'environnement extérieur :

• protégé de l'humidité élevée et de la poussière;
• pour une utilisation dans des zones explosives.

Par la durée du mode de fonctionnement :

• intermittent (treuils, grues, moteurs de vannes);
• pour un fonctionnement continu (pompes, ventilation, etc.).

En termes de puissance, il est également possible de distinguer des machines de petite, moyenne, haute puissance. Cependant, cela n'a aucun sens de donner les limites de ces capacités, car quelque part 6 MW est la puissance moyenne, et quelque part 1 kW est un nombre colossal.

Il est impossible d'examiner en détail tous les types au sein d'un même article, nous examinerons donc chaque version séparément. Nous espérons que la classification fournie brièvement vous a aidé à comprendre quels sont les types de moteurs électriques à courant alternatif et à courant continu, ainsi que quelles sont leurs différences et leurs caractéristiques d'application !

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• Comment un courant électrique alternatif est obtenu
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