Moteur asynchrone: appareil, principe de fonctionnement, fonction

Un moteur asynchrone est simple et fiable et est donc très souvent utilisé en production et dans les appareils électroménagers, de l'entraînement des vannes à la rotation du tambour dans la machine à laver. Dans cet article, nous parlerons en termes simples de ce que sont les moteurs électriques asynchrones, de ce qu'ils sont et du fonctionnement de ce type de machines électriques.

Vues

Les moteurs asynchrones (IM) sont divisés en deux groupes principaux :

• avec un rotor à cage d'écureuil (SC);
• avec un rotor de phase.

Si nous omettons les nuances, alors la différence réside dans le fait qu'un moteur à cage d'écureuil n'a pas de balais et d'enroulements prononcés, il est moins exigeant en entretien. Alors que dans les moteurs à induction à rotor de phase, il y a trois enroulements connectés à des bagues collectrices, dont le courant est retiré par des balais. Contrairement au précédent, il se prête mieux à la régulation du couple sur l'arbre et il est plus facile de mettre en œuvre un démarrage en douceur pour réduire les courants d'appel.

Le reste des moteurs sont classés :

• par le nombre de phases d'alimentation - monophasées et biphasées (utilisées dans la vie de tous les jours lorsqu'elles sont alimentées à partir d'un réseau 220V), et triphasées (les plus répandues en production et dans les ateliers).
• par la méthode de fixation - à bride ou sur les jambes.
• par mode de fonctionnement - pour le mode à long terme, à court terme ou intermittent.

Et un certain nombre d'autres facteurs qui influencent le choix d'un produit particulier pour une utilisation dans un environnement particulier.

On peut en dire beaucoup sur les moteurs électriques monophasés: certains d'entre eux sont démarrés par un condensateur, et certains nécessitent à la fois une capacité de démarrage et de travail. Il existe également des options avec une boucle en court-circuit, qui fonctionnent sans condensateur et sont utilisées, par exemple, dans les hottes. Si vous êtes intéressé, écrivez dans les commentaires et nous rédigerons un article à ce sujet.

Dispositif

Par définition, "asynchrone" est un moteur à courant alternatif, dans lequel le rotor tourne plus lentement que le champ magnétique du stator, c'est-à-dire de manière asynchrone. Mais cette définition n'est pas très informative. Pour le comprendre, vous devez comprendre le fonctionnement de ce moteur.

Un moteur à induction, comme tout autre, se compose de deux parties principales - rotor et stator. Décryptons "Pour les nuls" en électricité :

• Un stator est la partie fixe de tout générateur ou moteur électrique.
• Le rotor est la partie tournante du moteur, qui entraîne les mécanismes.

Le stator se compose d'un boîtier dont les extrémités sont fermées par des flasques d'extrémité dans lesquels sont installés des roulements. Des paliers lisses ou à roulement sont utilisés en fonction de l'objectif et de la puissance du moteur. Un noyau est situé dans le corps, un enroulement est installé dessus. C'est ce qu'on appelle l'enroulement du stator.

Le courant étant alternatif, afin de réduire les pertes dues aux courants vagabonds (Courants de Foucault) le noyau du stator est constitué de plaques d'acier minces, isolées les unes des autres par de la calamine et fixées avec du vernis. Une tension d'alimentation est appliquée aux enroulements du stator, le courant qui y circule est appelé courant du stator.

Le nombre d'enroulements dépend du nombre de phases d'alimentation et de la conception du moteur. Ainsi, un moteur triphasé a au moins trois enroulements connectés en étoile ou en triangle. Leur nombre peut être plus important, et cela affecte la vitesse de rotation de l'arbre, mais nous en reparlerons plus tard.

Mais avec le rotor, les choses sont plus intéressantes, comme déjà mentionné, il peut être soit en court-circuit, soit en phase.

Un rotor à cage d'écureuil est un ensemble de tiges métalliques (généralement en aluminium ou en cuivre), sur la figure ci-dessus elles sont indiquées par le chiffre 2, soudées ou coulées dans le noyau (1) fermé par des anneaux (3). Cette conception ressemble à une roue dans laquelle courent des rongeurs domestiqués, c'est pourquoi on l'appelle souvent "cage d'écureuil" ou "roue d'écureuil" et ce nom n'est pas du jargon, mais assez littéraire. Pour réduire les harmoniques supérieures de la CEM et les pulsations du champ magnétique, les tiges ne sont pas posées le long de l'arbre, mais à un certain angle par rapport à l'axe de rotation.

Le rotor de phase diffère du précédent en ce qu'il comporte déjà trois enroulements, comme sur le stator. Les débuts des bobinages sont reliés à des bagues, généralement en cuivre, ils sont pressés sur l'arbre du moteur. Plus tard, nous expliquerons brièvement pourquoi ils sont nécessaires.

Dans les deux cas, l'une des extrémités de l'arbre est reliée au mécanisme entraîné, il est rendu conique ou de forme cylindrique avec ou sans rainures, pour le montage de bride, poulie et autre entraînement mécanique des détails.

Sur la partie "arrière" de l'arbre, une roue est fixée, ce qui est nécessaire pour le soufflage et le refroidissement, un boîtier est placé sur le boîtier au-dessus de la roue. Ainsi, l'air froid est dirigé le long des bords du moteur à induction, si cette roue ne tourne pas pour une raison quelconque, elle surchauffera.

La conception du premier moteur à induction a été développée par M.O. Dolivo-Dobrovolsky et il l'a breveté en 1889. Il a survécu jusqu'à nos jours sans aucun changement significatif.

Principe d'opération

Les machines électriques asynchrones sont souvent appelées machines à induction en raison de leur principe de fonctionnement. Tout moteur électrique est mis en rotation en raison de l'interaction des champs magnétiques du rotor et du stator, ainsi qu'en raison de la force de l'ampère. Le champ magnétique, à son tour, peut exister soit autour d'un aimant permanent, soit autour d'un conducteur traversé par un courant. Mais comment fonctionne exactement une machine asynchrone ?

Dans un moteur à induction, contrairement à d'autres, il n'y a pas d'enroulement d'excitation en tant que tel, alors comment obtient-il un champ magnétique? La réponse est simple: un moteur à induction est un transformateur.

Considérons le principe de son fonctionnement en utilisant l'exemple d'une machine triphasée, car ce sont eux que l'on retrouve plus souvent que les autres.

Dans la figure ci-dessous, vous pouvez voir l'emplacement des enroulements sur le noyau du stator d'un moteur asynchrone triphasé.

À la suite de la circulation du courant triphasé dans les enroulements du stator, un champ magnétique tournant apparaît. En raison du déphasage, le courant traverse l'un ou l'autre enroulement, conformément à cela, un champ magnétique apparaît, dont les pôles sont dirigés selon la règle de la main droite. Et en fonction du changement de courant dans un enroulement particulier, les pôles sont orientés dans le sens correspondant. Ce que l'animation suivante illustre :

Dans le cas le plus simple (bipolaire), les enroulements sont disposés de manière à ce que chacun d'eux soit décalé de 120 degrés par rapport au précédent, tout comme l'angle de phase de la tension dans le réseau alternatif.

La vitesse de rotation du champ magnétique du stator est généralement appelée synchrone. Apprenez-en plus sur la façon dont il tourne et pourquoi vous le découvrirez dans la vidéo suivante. Notez que dans les moteurs électriques biphasés (condensateur) et monophasés, il n'est pas rotatif, mais elliptique ou pulsatoire, et les enroulements ne sont pas 3, mais 2.

Si nous considérons un moteur électrique asynchrone avec un rotor à cage d'écureuil, le champ magnétique du stator induit une CEM dans ses tiges, car elles sont fermées, alors un courant commence à circuler. Cela crée également un champ magnétique.

En raison de l'interaction de deux champs et Ampère-forceagissant sur le rotor, il se met à tourner suivant le champ magnétique tournant du stator, mais en même temps il est toujours légèrement en retard sur la vitesse de rotation du stator MF, ce retard est appelé glissement.

Si la vitesse de rotation du champ magnétique est appelée synchrone, alors la vitesse de rotation du rotor est déjà asynchrone, d'où son nom.

Pour un AD avec un rotor de phase, les choses sont similaires, sauf qu'elles se connectent à ses anneaux rhéostat, qui, une fois que le moteur est entré en mode de fonctionnement, est retiré du circuit et les enroulements sont fermés prochainement. Ceci est illustré dans le schéma ci-dessous, mais au lieu d'un rhéostat, des résistances constantes sont utilisées, connectées ou shuntées par les contacteurs KM3, KM2, KM1.

Cette approche permet un démarrage en douceur et réduit les courants de démarrage en augmentant la résistance électrique active du rotor.

Résumons :

1. Le courant dans les enroulements du stator génère un champ magnétique.
2. Le champ magnétique génère un courant dans le rotor.
3. Le courant dans le rotor crée un champ autour de lui.
4. Puisque le champ du stator tourne, à cause de son champ, le rotor commence à tourner derrière lui.

Vitesse de glisse et de rotation

La vitesse du champ magnétique du stator (n1) est supérieure à la vitesse du rotor (n2). La différence entre eux est appelée glissement, et est désignée par la lettre latine S et est calculée par la formule :

S = (n1-n2) * 100 % / n1

Le glissement n'est pas un inconvénient de ce moteur électrique, car si son arbre tournait à la même fréquence, comme le champ magnétique du stator (de manière synchrone), alors aucun courant ne serait induit dans ses tiges, et il ne deviendrait tout simplement pas tourner.

Parlons maintenant d'un concept plus important - la vitesse du rotor d'un moteur à induction. Cela dépend de 3 quantités :

• fréquence de la tension d'alimentation (f);
• nombre de paires de pôles magnétiques (p) ;
• glisser (S).

Le nombre de paires de pôles magnétiques détermine la vitesse de rotation synchrone du champ et dépend du nombre d'enroulements du stator. Le glissement dépend de la charge et de la conception d'un moteur électrique particulier et se situe dans la plage de 3 à 10%, c'est-à-dire que la vitesse asynchrone est un peu inférieure à la vitesse synchrone. Eh bien, la fréquence du courant alternatif est fixée chez nous et est égale à 50 Hz.

Par conséquent, la fréquence de rotation de l'arbre d'un moteur asynchrone est difficile à réguler, vous ne pouvez influencer que la fréquence du réseau d'alimentation, c'est-à-dire en réglant un convertisseur de fréquence. Il est possible de baisser la tension du stator, mais alors la puissance sur l'arbre diminue, néanmoins, une telle technique utilisé lors du démarrage de l'IM avec commutation des enroulements d'étoile en triangle pour réduire le démarrage courants.

La fréquence de rotation du champ statorique (vitesse synchrone) est déterminée par la formule :

n = 60 * f/p

Ainsi dans un moteur à une paire de pôles magnétiques (deux pôles), la vitesse synchrone est :

60 * 50/1 = 3000 tr/min

Les options les plus courantes pour les moteurs électriques avec :

• une paire de pôles (3000 tr/min);
• deux (1 500 tr/min) ;
• trois (1000 tr/min);
• quatre (750 tr/min).

La vitesse réelle du rotor sera légèrement inférieure, sur un vrai moteur asynchrone, elle est indiquée sur la plaque signalétique, par exemple ici - 2730 tr/min. Malgré cela, les gens appelleront un tel moteur asynchrone en fonction de la vitesse synchrone ou simplement "trois millième".

Alors son glissement est égal à :

3000-2730*100%/3000=9%

Champ d'application

Le moteur électrique asynchrone a trouvé une application dans tous les domaines de l'activité humaine. Ceux qui sont alimentés en monophasé (à partir de 220V) se retrouvent dans les actionneurs de faible puissance ou dans les appareils électroménagers et outillages, par exemple :

• dans une machine à laver de type "bébé" et d'autres anciens modèles soviétiques;
• dans une bétonnière ;
• dans le ventilateur ;
• dans les bois;
• et même dans les tondeuses à gazon haut de gamme.

En production en réseaux triphasés :

• loquets automatiques;
• mécanismes de levage (grues et treuils);
• ventilation;
• compresseurs;
• pompes;
• machines à bois et métal et plus.

De plus, l'AD est utilisé dans les transports électriques et, récemment, un moteur à induction a fait l'objet d'une publicité active sur Internet. avec un enroulement de type Slavyanka et le moteur de roue dit Duyunov, que vous pouvez apprendre de la vidéo développeur.

Le domaine d'application des moteurs à induction est si vaste que la liste à elle seule sera plus longue. que cet article, donc chaque électricien doit savoir comment cela fonctionne, à quoi cela sert et où s'applique. Résumons et listons les avantages et les inconvénients de ces appareils.

Avantages:

1. Construction simple.
2. À bas prix.
3. Presque sans entretien.

Le principal inconvénient est la complexité du contrôle de la vitesse, par rapport aux mêmes moteurs à courant continu ou aux machines à collecteur universel. En conséquence, il est difficile d'organiser un démarrage en douceur de grosses machines, et le plus souvent, cela se fait à l'aide d'un convertisseur de fréquence coûteux.

C'est ici que nous terminons la revue des moteurs électriques asynchrones et de leurs domaines d'application. Nous espérons qu'après avoir lu l'article, vous avez compris ce que c'est et comment fonctionne cette machine électrique !

Matériaux associés :

• Comment choisir un convertisseur de fréquence pour la puissance et le courant
• La différence entre le courant alternatif et le courant continu
• Tension de phase et de ligne