Caractéristiques mécaniques et électriques des moteurs à induction

Cet article mettra en lumière le sujet des caractéristiques mécaniques et électriques des moteurs électriques. En utilisant un moteur asynchrone comme exemple, considérez des paramètres tels que la puissance, le travail, l'efficacité, le cosinus phi, le couple, la vitesse angulaire, la vitesse linéaire et la fréquence. Toutes ces caractéristiques sont importantes lors de la conception d'équipements dans lesquels les moteurs électriques servent de moteurs d'entraînement. Les moteurs électriques particulièrement asynchrones sont particulièrement répandus dans l'industrie aujourd'hui, nous allons donc nous attarder sur leurs caractéristiques. Par exemple, considérez l'AIR80V2U3.

Puissance mécanique nominale d'un moteur à induction

La plaque signalétique (sur la plaque signalétique) du moteur indique toujours la puissance mécanique nominale sur l'arbre du moteur. Ce n'est pas la puissance électrique que ce moteur électrique consomme du réseau.

Ainsi, par exemple, pour un moteur AIR80V2U3, une puissance nominale de 2200 watts correspond précisément à la puissance mécanique de l'arbre. Autrement dit, en mode de fonctionnement optimal, ce moteur est capable d'effectuer un travail mécanique de 2200 joules par seconde. Nous désignons cette puissance par P1 = 2200 W.

Puissance électrique active nominale d'un moteur à induction

Pour déterminer la puissance électrique active nominale d'un moteur à induction, sur la base des données de la plaque signalétique, il est nécessaire de prendre en compte le rendement. Donc, pour ce moteur électrique, le rendement est de 83%.

Qu'est-ce que cela signifie? Cela signifie que seule une partie de la puissance active fournie par le réseau aux enroulements du stator du moteur, et irrévocablement consommée par le moteur, est convertie en puissance mécanique sur l'arbre. La puissance active est P = P1 / Efficacité. Pour notre exemple, selon la plaque signalétique présentée, nous voyons que P1 = 2200, efficacité = 83%. Donc P = 2200 / 0,83 = 2650 watts.

Puissance électrique apparente nominale d'un moteur à induction

La puissance électrique totale fournie au stator du moteur électrique par le secteur est toujours supérieure à la puissance mécanique de l'arbre et supérieure à la puissance active irrévocablement consommée par le moteur électrique.

Pour trouver la pleine puissance, il suffit de diviser la puissance active en cosinus phi. Ainsi, la puissance totale est S = P / Cosφ. Pour notre exemple, P = 2650 W, Cosφ = 0,87. Par conséquent, la puissance totale S = 2650 / 0,87 = 3046 VA.

Puissance électrique réactive nominale d'un moteur à induction

Une partie de la puissance totale fournie aux enroulements statoriques du moteur à induction est restituée au réseau. C'est puissance réactive Q.

Q = √(S² - P²)

La puissance réactive est liée à la puissance apparente à travers le péché, et est liée à la puissance active et apparente à travers la racine carrée. Pour notre exemple:

Q = √(3046² - 2650²) = 1502 VAR

La puissance réactive Q est mesurée en VAR - en voltampères réactifs.

Examinons maintenant les caractéristiques mécaniques de notre moteur à induction: couple de fonctionnement nominal sur l'arbre, vitesse angulaire, vitesse linéaire, vitesse du rotor et sa relation avec la fréquence du moteur électrique.

Vitesse du rotor d'un moteur à induction

Sur la plaque signalétique, nous voyons que lorsqu'il est alimenté par un courant alternatif 50 Hz, le rotor du moteur fonctionne à une charge nominale de 2870 tr / min, nous désignons cette fréquence par n1.

Qu'est-ce que cela signifie? Étant donné que le champ magnétique dans les enroulements du stator est créé par un courant alternatif avec une fréquence de 50 Hz, pour un moteur à une paire de pôles (qui est AIR80V2U3), la fréquence de la "rotation" du champ magnétique, la fréquence synchrone n, est égale à 3000 tr / min, ce qui est identique à 50 tr / min. Mais comme le moteur est asynchrone, le rotor tourne en arrière d'un glissement de s.

La valeur de s peut être déterminée en divisant la différence entre les fréquences synchrones et asynchrones par la fréquence synchrone et en exprimant cette valeur en pourcentage:

s = ((n – n1)/n)*100%

Pour notre exemple, s = ((3000 – 2870)/3000)*100% = 4,3%.

Vitesse angulaire du moteur asynchrone

La vitesse angulaire ω est exprimée en radians par seconde. Pour déterminer la vitesse angulaire, il suffit de traduire la vitesse du rotor n1 en tours par seconde (f), et de multiplier par 2 Pi, car un tour complet est de 2 Pi ou 2 * 3,14159 radians. Pour le moteur AIR80V2U3, la fréquence asynchrone n1 est de 2870 tr / min, ce qui correspond à 2870/60 = 47,833 tr / min.

En multipliant par 2 Pi, nous avons: 47,833 * 2 * 3,14159 = 300,543 rad / s. Vous pouvez traduire en degrés, pour cela au lieu de 2 Pi, remplacez 360 degrés, puis pour notre exemple, nous obtenons 360 * 47.833 = 17220 degrés par seconde. Cependant, ces calculs sont généralement effectués précisément en radians par seconde. Par conséquent, la vitesse angulaire ω = 2 * Pi * f, où f = n1 / 60.

Vitesse linéaire d'un moteur à induction

La vitesse linéaire v fait référence à un équipement sur lequel un moteur à induction est monté comme entraînement. Donc, si une poulie ou, disons, un disque d'émeri de rayon R connu est installé sur l'arbre du moteur, la vitesse linéaire du point sur le bord de la poulie ou du disque peut être trouvée par la formule:

v = ωR

Couple nominal du moteur à induction

Chaque moteur à induction est caractérisé par un couple nominal Mn. Le couple M est lié à la puissance mécanique P1 à travers la vitesse angulaire comme suit:

P = ωM

Le couple ou moment de force agissant à une certaine distance du centre de rotation est maintenu pour le moteur, et avec un rayon croissant, la force diminue et plus le rayon est petit, plus la force est grande, car:

M = FR

Ainsi, plus le rayon de la poulie est grand, moins la force agit sur son bord et la plus grande force agit directement sur l'arbre du moteur électrique.

Pour le moteur AIR80V2U3 à titre d'exemple, la puissance P1 est de 2200 W, et la fréquence n1 est de 2870 tr / min ou f = 47,833 tr / min. Par conséquent, la vitesse angulaire est de 2 * Pi * f, soit 300,543 rad / s, et le couple nominal Mn est P1 / (2 * Pi * f). Mn = 2200 / (2 * 3,14159 * 47,833) = 7,32 N * m.

Ainsi, sur la base des données indiquées sur la plaque signalétique du moteur à induction, vous pouvez retrouver tous les principaux paramètres électriques et mécaniques.

Nous espérons que cet article vous a aidé à comprendre comment la vitesse angulaire, la fréquence, le couple, la puissance active, utile et apparente, ainsi que l'efficacité du moteur électrique sont liés.