Moteur asynchrone monophasé: comment ça marche

Le nom même de cet appareil électrique indique que l'énergie électrique qui lui est fournie est convertie en mouvement de rotation du rotor. De plus, l'adjectif "asynchrone" caractérise le décalage, le décalage de la vitesse de rotation de l'armature par rapport au champ magnétique du stator.

Le mot "monophasé" provoque une définition ambiguë. Cela est dû au fait que le terme "phase" en électricité définit plusieurs phénomènes:

• décalage, différence d'angles entre les quantités vectorielles;

• conducteur potentiel d'un circuit électrique alternatif à deux, trois ou quatre fils;

• l'un des enroulements du stator ou du rotor d'un moteur ou générateur triphasé.

Par conséquent, nous clarifions immédiatement qu'il est habituel d'appeler un moteur électrique monophasé qui fonctionne à partir d'un réseau CA à deux fils, représenté par une phase et un potentiel nul. Le nombre d'enroulements montés dans différentes conceptions de stators n'affecte pas cette définition.

Conception du moteur

Selon son dispositif technique, un moteur à induction est composé de:

1. un stator - une partie fixe statique, faite par un boîtier avec divers éléments électriques situés dessus;

2. un rotor tourné par les forces du champ électromagnétique du stator.

La liaison mécanique de ces deux pièces se fait par des roulements de rotation dont les bagues intérieures sont montées sur les douilles montées de l'arbre du rotor, et les extérieures sont montées dans des capots latéraux de protection fixés au stator.

Rotor

Son dispositif pour ces modèles est le même que pour tous les moteurs à induction: un noyau magnétique constitué de plaques chargées à base d'alliages de fer doux est monté sur un arbre en acier. Sur sa surface extérieure, des rainures sont réalisées dans lesquelles les tiges d'enroulement en aluminium ou en cuivre sont montées, court-circuitées aux extrémités des anneaux de fermeture.

Un courant électrique est induit dans l'enroulement du rotor, qui est induit par le champ magnétique du stator, et le circuit magnétique sert au bon passage du flux magnétique créé ici.

Les conceptions de rotor individuelles pour les moteurs monophasés peuvent être faites de matériaux non magnétiques ou ferromagnétiques sous la forme d'un cylindre.

Stator

La conception du stator est également présentée:

• corps;

• circuit magnétique;

• enroulement.

Son objectif principal est de générer un champ électromagnétique fixe ou tournant.

L'enroulement du stator se compose généralement de deux circuits:

1. travailleur;

2. lanceur.

Dans les conceptions les plus simples, conçues pour le filage manuel de l'ancre, un seul enroulement peut être effectué.

Le principe de fonctionnement d'un moteur électrique monophasé asynchrone

Afin de simplifier la présentation du matériau, imaginons que l'enroulement statorique soit réalisé avec une seule boucle en boucle. Ses fils à l'intérieur du stator sont répartis en cercle à 180 degrés angulaires. Un courant sinusoïdal alternatif le traverse, avec des alternances positives et négatives. Il crée non pas un champ magnétique tournant mais pulsatoire.

Comment se produisent les pulsations de champ magnétique

Analysons ce processus par l'exemple de l'écoulement d'une demi-onde positive de courant aux instants t1, t2, t3.

Il passe le long de la partie supérieure du chemin actuel vers nous, et le long de la partie inférieure - de nous. Dans le plan perpendiculaire représenté par le circuit magnétique, des flux magnétiques apparaissent autour du conducteur.

Les courants variant en amplitude aux instants temporels considérés créent des champs électromagnétiques F1, F2, F3 de magnitude différente. Étant donné que le courant dans la moitié supérieure et inférieure est le même, mais que la bobine est courbée, les flux magnétiques de chaque partie sont dirigés dans la direction opposée et détruisent l'effet de l'autre.Cela peut être déterminé par la règle d'un vrille ou de la main droite.

Comme vous pouvez le voir, avec une demi-onde positive, la rotation du champ magnétique n'est pas observée, mais seule son ondulation se produit dans les parties supérieure et inférieure du fil, qui est également mutuellement équilibrée dans le circuit magnétique. Le même processus se produit avec une section négative de la sinusoïde, lorsque les courants inversent la direction.

Puisqu'il n'y a pas de champ magnétique tournant, le rotor restera également stationnaire, car aucune force ne lui est appliquée pour démarrer la rotation.

Comment la rotation du rotor est créée dans un champ pulsé

Si vous donnez au rotor une rotation, même avec votre main, alors il continuera ce mouvement. Pour expliquer ce phénomène, nous montrons que le flux magnétique total varie en fréquence de la sinusoïde actuelle de zéro à la valeur maximale dans chaque demi-cycle (avec un changement de direction) et se compose de deux parties formées dans les branches supérieure et inférieure, comme le montre la figure.

Le champ magnétique pulsatoire du stator est constitué de deux circulaires d'amplitude Fmax / 2 et se déplaçant dans des directions opposées avec la même fréquence.

npr = nbr = f60 / p = 1.

Dans cette formule sont indiqués:

• fréquence de rotation npr et nobr du champ magnétique du stator dans les directions avant et arrière;

• n1 est la vitesse du flux magnétique tournant (r / min);

• p est le nombre de paires de pôles;

• f est la fréquence du courant dans l'enroulement du stator.

Maintenant, avec votre main, nous donnerons la rotation du moteur dans une direction, et il captera immédiatement le mouvement en raison de l'apparition d'un couple provoqué par le glissement du rotor par rapport aux différents flux magnétiques des directions avant et arrière.

Nous supposons que le flux magnétique de la direction avant coïncide avec la rotation du rotor, et l'inverse, respectivement, sera l'opposé. Si n2 est la fréquence de rotation de l'ancre en tr / min, alors nous pouvons écrire l'expression n2

Dans ce cas, nous notons Spr = (n1-n2) / n1 = S.

Ici, les indices S et Spr désignent le glissement du moteur à induction et du rotor du flux magnétique relatif de la direction avant.

Dans le sens inverse, le glissement Sobr s'exprime par une formule similaire, mais avec le changement de signe n2.

Sobr = (n1 - (-n2)) / n1 = 2-Sbr.

Conformément à la loi de l'induction électromagnétique, sous l'influence des flux magnétiques directs et inverses, une force électromotrice agira dans l'enroulement du rotor, ce qui créera des courants de mêmes directions I2pr et I2obr.

Leur fréquence (en hertz) sera directement proportionnelle à l'amplitude du glissement.

f2pr = f1 ∙ Spr;

f2sample = f1 ∙ S

De plus, la fréquence f2obr formée par le courant induit I2obr dépasse significativement la fréquence f2pr.

Par exemple, un moteur électrique fonctionne sur un réseau à 50 Hz avec n1 = 1500 et n2 = 1440 tr / min. Son rotor présente un glissement par rapport au flux magnétique de la direction avant Spr = 0,04 et à la fréquence actuelle f2pr = 2 Hz. Le glissement inverse Sobr = 1,96 et la fréquence actuelle f2obr = 98 Hz.

Basé sur la loi d'Ampère, lorsque le courant I2pr et le champ magnétique Фпр interagissent, un couple Мпр apparaît.

Mpr = cM ∙ Fpr ∙ I2pr ∙ cosφ2pr.

Ici, le coefficient constant SM dépend de la conception du moteur.

Dans ce cas, le flux magnétique inverse Mobr agit également, qui est calculé par l'expression:

Mobr = cM ∙ Phobr ∙ I2obr ∙ cosφ2obr.

Du fait de l'interaction de ces deux flux, celui qui en résulte apparaîtra:

M = Mpr-Mobr.

Attention! Lorsque le rotor tourne, des courants de fréquences différentes y sont induits, ce qui crée des moments de forces dans différentes directions. Par conséquent, l'armature du moteur tournera sous l'action d'un champ magnétique pulsé dans la direction à partir de laquelle elle a commencé à tourner.

Lors du dépassement de la charge nominale par un moteur monophasé, un léger glissement se crée avec la part principale du couple direct Mpr. La contre-action du champ magnétique inverse inhibiteur MOBR a un effet très léger en raison de la différence des fréquences des courants des directions avant et arrière.

f2obr du courant inverse dépasse considérablement f2pr, et l'inductance induite X2obr dépasse largement la composante active et fournit un grand effet de démagnétisation du flux magnétique inverse Fobr, qui diminue finalement.

Le facteur de puissance du moteur sous charge étant faible, le flux magnétique inverse ne peut pas avoir un effet important sur le rotor en rotation.

Lorsqu'une phase du réseau est appliquée à un moteur à rotor fixe (n2 = 0), le glissement, à la fois vers l'avant et vers l'arrière, est égal à l'unité, et les champs magnétiques et les forces des flux avant et arrière sont équilibrés et la rotation ne se produit pas. Par conséquent, à partir de l'alimentation d'une phase, il est impossible de détordre l'armature du moteur.

Comment déterminer rapidement le régime moteur:

Comment la rotation du rotor est créée dans un moteur asynchrone monophasé

Dans toute l'histoire du fonctionnement de tels appareils, les solutions de conception suivantes ont été développées:

1. déroulement manuel de l'arbre avec une main ou un cordon;

2. l'utilisation d'un enroulement supplémentaire connecté au moment du démarrage en raison d'une résistance ohmique, capacitive ou inductive;

3. séparation par une bobine magnétique court-circuitée du circuit magnétique du stator.

La première méthode a été utilisée dans le développement initial et n'a pas commencé à être appliquée à l'avenir en raison des risques possibles de blessures au démarrage, bien qu'elle ne nécessite pas le raccordement de chaînes supplémentaires.

Application de l'enroulement à déphasage dans le stator

Pour donner la rotation initiale du rotor à l'enroulement du stator, au moment du démarrage, un auxiliaire supplémentaire est connecté, mais seulement 90 degrés décalés en angle. Il est effectué avec un fil plus épais pour faire passer plus de courants que ceux qui circulent dans celui qui fonctionne.

Le schéma de connexion d'un tel moteur est illustré dans la figure de droite.

Ici, un bouton de type PNVS est utilisé pour allumer, qui a été spécialement créé pour ces moteurs et a été largement utilisé dans le fonctionnement des machines à laver fabriquées en URSS. Ce bouton active immédiatement 3 contacts de telle manière que les deux extrêmes, après avoir été enfoncés et relâchés, restent fixes à l'état activé, et celui du milieu se ferme brièvement, puis revient à sa position d'origine sous l'action du ressort.

Les contacts extrêmes fermés peuvent être déconnectés en appuyant sur le bouton d'arrêt adjacent.

En plus du bouton-poussoir, les éléments suivants sont utilisés en mode automatique pour désactiver le bobinage supplémentaire:

1. interrupteurs centrifuges;

2. relais différentiels ou de courant;

3. minuteries mécaniques.

Pour améliorer le démarrage du moteur sous charge, des éléments supplémentaires sont utilisés dans l'enroulement à déphasage.

Connexion d'un moteur monophasé avec résistance de démarrage

Dans un tel circuit, la résistance ohmique est montée séquentiellement sur l'enroulement supplémentaire du stator. Dans ce cas, l'enroulement des spires est réalisé de manière biffilaire, à condition que le coefficient d'auto-induction de la bobine soit très proche de zéro.

Du fait de la mise en œuvre de ces deux techniques, lorsque des courants traversent différents enroulements, un déphasage d'environ 30 degrés se produit entre eux, ce qui est bien suffisant. La différence d'angles est créée en changeant les résistances complexes dans chaque circuit.

Avec cette méthode, un enroulement de départ avec une faible inductance et une résistance accrue peut encore être trouvé. Pour cela, on utilise un bobinage avec un petit nombre de tours d'un fil de section abaissée.

Connexion d'un moteur monophasé avec démarrage par condensateur

Le déphasage capacitif du courant vous permet de créer une connexion à court terme de l'enroulement avec un condensateur connecté en série. Cette chaîne ne fonctionne que lorsque le moteur entre en mode, puis s'éteint.

Le démarrage par condensateur crée le couple le plus élevé et un facteur de puissance plus élevé qu'avec une méthode de démarrage résistive ou inductive. Il peut atteindre une valeur de 45 ÷ 50% de la valeur nominale.

Dans des circuits séparés, une capacité est également ajoutée à la chaîne d'enroulement de travail, qui est constamment allumée. De ce fait, des écarts de courants dans les enroulements d'un angle de l'ordre de π / 2 sont atteints. Dans le même temps, un décalage des amplitudes maximales est fortement perceptible dans le stator, ce qui fournit un bon couple sur l'arbre.

Grâce à cette technique, le moteur est capable de générer plus de puissance au démarrage. Cependant, cette méthode n'est utilisée qu'avec des entraînements à démarrage intensif, par exemple pour faire tourner un tambour d'une machine à laver rempli de linge avec de l'eau.

La gâchette de condensateur vous permet de changer le sens de rotation de l'armature. Pour ce faire, il suffit de changer la polarité de la connexion de l'enroulement de démarrage ou de travail.

Connexion de moteur monophasé à pôles séparés

Les moteurs asynchrones d'une petite puissance d'environ 100 W utilisent la division du flux magnétique du stator en raison de l'inclusion d'une bobine de cuivre court-circuitée dans le pôle du circuit magnétique.

Coupé en deux parties, un tel pôle crée un champ magnétique supplémentaire, qui est décalé en angle par rapport au principal et l'affaiblit à l'endroit couvert par la bobine. De ce fait, un champ tournant elliptique est créé, formant un moment de rotation d'une direction constante.

Dans de telles conceptions, on peut trouver des shunts magnétiques faits de plaques d'acier qui ferment les bords des extrémités des pôles du stator.

Des moteurs de conception similaire peuvent être trouvés dans les appareils de ventilation pour le soufflage d'air. Ils n'ont pas la possibilité de faire marche arrière.