Principes du moteur électrique pour les nuls

La base du moteur électrique, à la fois en courant continu et en courant alternatif, est basée sur la force ampère. Si vous ne vous étouffez pas, cela ne sera jamais incompréhensible.

Fig.1

P.S. En fait, il existe un produit vectoriel et des différentiels, mais ce sont des détails, et nous avons un cas spécial simplifié.

La direction de la force ampère est déterminée par la règle de la main gauche.

Fig.2

Placez mentalement la paume gauche sur la figure supérieure et obtenez la direction des forces Ampères. Elle tape le cadre avec le courant dans cette position comme le montre la figure 1. Et rien ne tournera ici, le cadre est en équilibre, stable.

Et si le cadre avec le courant pivote différemment, alors c'est ce qui se passera:

Fig.3

Il n'y a pas d'équilibre ici déjà, la force Ampère déplie les parois opposées de sorte que le cadre commence à tourner. Une rotation mécanique apparaît. C'est la base du moteur électrique, l'essence même, puis seulement les détails.

Ensuite.

Maintenant, que fera le cadre avec le courant de la figure 3?. Si le système est parfait, sans frottement, alors il y aura évidemment des oscillations. Si le frottement est présent, alors les oscillations s'humidifient progressivement, le cadre avec le courant se stabilise et devient comme sur la Fig.1.

Mais nous avons besoin d'une rotation constante et cela peut être réalisé de deux manières fondamentalement différentes, et à partir de là, la différence se produit entre les moteurs à courant continu et électriques.

Méthode 1. Modifiez la direction du courant dans le cadre.

Cette méthode est utilisée dans les moteurs à courant continu et ses descendants.

Nous regardons les photos. Laissez notre moteur être mis hors tension et le cadre avec le courant orienté de manière aléatoire, comme ceci par exemple:

Fig. 4.1 Cadre positionné au hasard

La force de l'ampère agit sur un cadre situé au hasard et il commence à tourner.

Graphique 4.2

Pendant le mouvement, le cadre atteint un angle de 90 °. Le moment (moment d'une paire de forces ou moment de rotation) est maximum.

Figure 4.3

Et maintenant, le cadre atteint une position où il n'y a pas de moment de rotation. Et si vous ne coupez pas le courant maintenant, la force Ampère ralentira déjà le cadre et à la fin d'un demi-tour le cadre s'arrêtera et commencera à tourner dans la direction opposée. Mais nous n'en avons pas besoin.

Par conséquent, nous faisons un mouvement délicat sur la figure 3 - nous changeons la direction du courant dans le cadre.

Fig.4.4

Et après avoir traversé cette position, le cadre avec la direction actuelle modifiée n'est plus freiné, mais accélère à nouveau.

Fig.4.5

Et lorsque le cadre s'approche de la prochaine position d'équilibre, nous changeons à nouveau le courant.

Fig.4.6

Et le cadre continue à nouveau d'accélérer là où nous en avons besoin.

Et il s'avère donc une rotation constante. C'est beau? Sympa. Il suffit de changer la direction de l'actuel deux fois par révolution et de l'ensemble de l'entreprise.

Et il le fait, c'est-à-dire fournit un changement d'unité spéciale actuelle - unité de brosse-collecteur. En principe, il est organisé comme suit:

Fig.5

Le chiffre est clair et sans explication. Le cadre frotte sur un contact, puis sur un autre, et donc le courant change.

Une caractéristique très importante de l'unité de brosse-collecteur est sa petite ressource. En raison de la friction. Par exemple, voici le moteur DPR-52-N1 - le temps de fonctionnement minimum de 1000 heures. Dans le même temps, la durée de vie des moteurs sans balais modernes est de plus de 10 000 heures et les moteurs à courant alternatif (il n'y a pas non plus de SHKU) de plus de 40 000 heures.

Post Script. En plus du moteur DC standard (standard, c'est-à-dire avec une unité de brosse-collecteur), il y a aussi son développement: un moteur DC sans balai (BDT) et un moteur de soupape.

Le BDTT diffère en ce que le courant y change électroniquement (les transistors se ferment et s'ouvrent), et la valve est encore plus raide, elle modifie également le courant, contrôlant le moment. En général, les BDTT avec une valve de complexité sont comparables à un entraînement électrique, car ils ont toutes sortes de capteurs de position de rotor (capteurs Hall par exemple) et un contrôleur électronique complexe.

La différence entre le BDTT et le moteur de soupape sous forme de contre-EMF. Dans le BDT, il y a un trapèze (un changement brut) et dans un moteur de soupape - une sinusoïde, un moyen plus lisse.

En anglais, BDT est BLDC et le moteur de soupape est PMSM.

Méthode 2. Le flux magnétique est mis en rotation, c'est-à-dire champ magnétique.

Un champ magnétique tournant est obtenu à l'aide d'un courant alternatif triphasé. Il y a un stator.

Fig.6

Et il y a 3 phases de courant alternatif.

Fig. 7

Entre eux, apparemment 120 degrés, degrés électriques.

Ces trois phases sont placées dans le stator de manière spéciale afin qu'elles soient géométriquement tournées de 120 ° l'une vers l'autre.

Fig. 8

Et puis, lorsqu'une alimentation triphasée est appliquée, un champ magnétique tournant est obtenu en repliant les flux magnétiques des trois enroulements.

Fig. 9

Ensuite, le champ magnétique tournant «presse» la force de l'ampère sur notre cadre et il tourne.

Mais il y a aussi des différences, deux manières différentes.

Méthode 2a. Le châssis est alimenté (moteur synchrone).

On donne des moyens à la tension de trame (constante), la trame est exposée au champ magnétique. Rappelez-vous la figure 1 depuis le début? C'est ainsi que le cadre devient.

Fig.10 (Fig.1)

Mais le champ magnétique tourne ici, et pas seulement suspendu. Que fera le cadre? Il tournera également en suivant le champ magnétique.

Ils (le cadre et le champ) tournent avec la même fréquence, ou de manière synchrone, donc ces moteurs sont appelés moteurs synchrones.

Méthode 2b. Le châssis n'est pas alimenté (moteur asynchrone).

L'astuce est que le cadre ne se nourrit pas, ne se nourrit pas du tout. Juste un fil si fermé.

Lorsque nous commençons à faire tourner le champ magnétique, selon les lois de l'électromagnétisme, un courant est induit dans le cadre. La force ampère est obtenue à partir de ce courant et du champ magnétique. Mais la force d'Ampère ne surviendra que si le cadre se déplace par rapport au champ magnétique (une histoire bien connue avec les expériences d'Ampère et ses voyages dans la pièce suivante).

Le cadre sera donc toujours à la traîne du champ magnétique. Et puis, si pour une raison quelconque elle le rattrape soudainement, alors la pointe du champ disparaîtra, le courant disparaîtra, la force Ampère disparaîtra et tout disparaîtra complètement. Autrement dit, dans un moteur à induction, le cadre est toujours en retard sur le champ et leur fréquence signifie différente, c'est-à-dire qu'ils tournent de manière asynchrone, donc le moteur est appelé asynchrone.

Voir aussi sur ce sujet: Comment les moteurs asynchrones monophasés sont-ils disposés et fonctionnent-ils?, Types de générateurs électriques, appareil et leur fonctionnement