Micromoteurs asynchrones

En règle générale, les moteurs électriques sont divisés en trois groupes: grande, moyenne et faible puissance. Pour les moteurs de faible puissance (nous les appellerons micromoteurs), la limite supérieure de la puissance n'est pas fixée, généralement quelques centaines de watts. Les micromoteurs sont largement utilisés dans les appareils et appareils ménagers (chaque famille possède désormais plusieurs micromoteurs - dans les réfrigérateurs, les aspirateurs, les magnétophones, les lecteurs, etc.), les équipements de mesure, les systèmes de contrôle automatique, les technologies aéronautiques et spatiales et d'autres domaines de l'activité humaine.

Les premiers moteurs à courant continu sont apparus dans les années 30 du XIXe siècle. Un grand pas dans le développement des moteurs électriques a été fait à la suite de l'invention en 1856 par un ingénieur allemand Siemens d'un transducteur à deux bras et de la découverte du principe dynamoélectrique en 1866. En 1883, Tesla et en 1885, Ferrari a inventé indépendamment un moteur à courant alternatif asynchrone. En 1884, Siemens a créé un moteur à collecteur à courant alternatif avec un enroulement d'excitation en série. En 1887, Hazelwander et Dolivo-Dobrovolsky ont proposé une conception de rotor de type cage d'écureuil, ce qui a grandement simplifié la conception du moteur. En 1890, Chitin et Leblanc ont d'abord utilisé un condensateur déphaseur.

Dans les appareils électroménagers, les moteurs électriques ont commencé à être utilisés en 1887 - dans les ventilateurs, en 1889 - dans les machines à coudre, en 1895 - dans les perceuses, depuis 1901 - dans les aspirateurs. Cependant, à ce jour, le besoin de micromoteurs s'est avéré si important (jusqu'à six micromoteurs sont utilisés dans une caméra vidéo moderne) que des entreprises et des entreprises spécialisées pour leur développement et leur production sont apparues.

Les micromoteurs asynchrones monophasés sont le type le plus courant, ils satisfont aux exigences de la plupart des entraînements électriques des appareils et appareils, caractérisé par un faible coût et un niveau de bruit, une fiabilité élevée, ne nécessite pas d'entretien et ne contient pas de contacts mobiles.

Inclusion. Un micromoteur asynchrone peut être à un, deux ou trois enroulements. Un moteur à simple enroulement n'a pas de couple de démarrage initial, et pour le démarrer, vous devez utiliser, par exemple, un moteur de démarrage. Dans un moteur à deux enroulements, l'un des enroulements, appelé principal, est directement connecté à l'alimentation secteur (Fig.1). Pour créer un moment de démarrage dans un autre enroulement auxiliaire, un courant doit être déplacé en phase par rapport au courant dans l'enroulement principal. Pour cela, une résistance supplémentaire est incluse en série avec l'enroulement auxiliaire, qui peut être de nature active, inductive ou capacitive.

Le plus souvent, un condensateur est inclus dans le circuit d'alimentation de l'enroulement auxiliaire, tout en obtenant un angle de phase optimal des courants dans les enroulements égal à 90 ° (Fig. 1.6). Un condensateur constamment inclus dans le circuit de puissance de l'enroulement auxiliaire est appelé condensateur de travail. Si au démarrage du moteur, il est nécessaire de fournir un couple de démarrage accru, puis en parallèle avec le condensateur de travail S, le condensateur de démarrage Ca est allumé pendant le temps de démarrage (Fig. 1, c). Après l'accélération du moteur à une vitesse de rotation, le condensateur de démarrage est désactivé à l'aide d'un relais ou d'un interrupteur centrifuge. En pratique, ils utilisent souvent la version de la figure 1.6.

L'effet de déphasage peut être obtenu en augmentant artificiellement la résistance active de l'enroulement auxiliaire. Ceci est réalisé soit en activant une résistance supplémentaire, soit en fabriquant un enroulement auxiliaire à partir d'un fil à haute résistance. En raison de l'échauffement accru de l'enroulement auxiliaire, ce dernier est désactivé après le démarrage du moteur.De tels moteurs sont moins chers et plus fiables que ceux à condensateur, bien qu'ils ne fournissent pas un déphasage des courants d'enroulement de 90 °.

Pour inverser le sens de rotation de l'arbre du moteur, l'enroulement auxiliaire doit être inclus dans le circuit de puissance inducteur ou inducteur, à la suite de quoi le courant dans l'enroulement principal dépassera le courant dans l'enroulement auxiliaire. En pratique, cette méthode est rarement utilisée, car le déphasage est insignifiant en raison de la nature inductive de la résistance de l'enroulement auxiliaire.

Le plus souvent, une méthode de déphasage est utilisée entre les enroulements principal et auxiliaire, qui consiste à fermer l'enroulement auxiliaire. L'enroulement principal a une connexion magnétique avec l'auxiliaire, de sorte que lorsque l'enroulement principal est connecté au secteur, l'EMF est induit dans l'auxiliaire et un courant survient qui est en retard sur le courant de l'enroulement principal en phase. Le rotor du moteur commence à tourner dans le sens de l'enroulement principal vers l'enroulement auxiliaire.

Le moteur asynchrone triphasé à trois enroulements peut être utilisé en mode d'alimentation monophasé. La figure 2 montre l'inclusion d'un moteur à trois enroulements selon les schémas "étoile" et "triangle" en fonctionnement monophasé (schéma Steinmets). Deux des trois enroulements sont directement connectés au réseau d'alimentation et le troisième est connecté à la tension d'alimentation via le condensateur de démarrage. Pour créer le couple de démarrage nécessaire, une résistance doit être connectée en série avec le condensateur, dont la résistance dépend des paramètres des enroulements du moteur.

Figure 2

Enroulements. Contrairement aux moteurs asynchrones à trois enroulements, qui se caractérisent par une disposition spatiale symétrique et les mêmes paramètres des enroulements sur le stator, dans les moteurs monophasés, les enroulements principal et auxiliaire ont des paramètres différents. Pour les enroulements symétriques, le nombre de rainures par pôle et phase peut être déterminé à partir de l'expression: q = N / 2pm, où N est le nombre de rainures du stator; m est le nombre d'enroulements (phases); p est le nombre de pôles. Dans les enroulements asymétriques, le nombre de rainures occupées par chaque enroulement change considérablement. Par conséquent, les enroulements principal et auxiliaire ont un nombre de tours différent. Un exemple typique est le bobinage 2 / 3-1 / 3 (Fig. 3), dans lequel 2/3 des fentes du stator sont occupées par le principal et 1/3 sont le bobinage auxiliaire.

Figure 3

Construction. La figure 4 montre une coupe transversale d'un moteur avec deux enroulements concentrés ou à bobines situés aux pôles du stator. Chaque enroulement (principal 1 et auxiliaire 2) est formé de deux bobines situées aux pôles opposés. Les bobines sont placées sur les poteaux et insérées dans le joug de la machine, qui dans ce cas a une forme carrée. Du côté de l'entrefer de travail, les bobines sont maintenues par des saillies spéciales agissant comme des sabots polaires 3. Grâce à elles, la courbe de distribution de l'induction du champ magnétique dans l'entrefer de travail se rapproche d'une sinusoïde. Sans ces saillies, la forme de la courbe spécifiée est presque rectangulaire. En tant qu'élément déphaseur pour un tel moteur, vous pouvez utiliser à la fois un condensateur et une résistance. Vous pouvez également court-circuiter l'enroulement auxiliaire. Dans ce cas, le moteur est converti en une machine asynchrone à pôles séparés.

Figures 4, 5

Les moteurs à pôles divisés sont les plus couramment utilisés en raison de leur simplicité structurelle, de leur grande fiabilité et de leur faible coût. Un tel moteur a également deux enroulements sur le stator (Fig. 5). L'enroulement principal 3 est réalisé sous la forme d'une bobine et est connecté directement au réseau d'alimentation. L'enroulement auxiliaire 1 est court-circuité et contient de un à trois tours par pôle. Il couvre une partie du pôle, ce qui explique le nom du moteur. L'enroulement auxiliaire est constitué de fil de cuivre de forme ronde ou plate avec une section transversale de plusieurs millimètres carrés, qui se plie en spires de la forme correspondante. Ensuite, les extrémités des enroulements sont connectées par soudage.Le rotor du moteur est rendu en court-circuit et des ailettes de refroidissement sont montées à ses extrémités, ce qui améliore l'évacuation de la chaleur des enroulements du stator.

Les options de conception pour les moteurs à pôles divisés sont représentées sur les figures 6 et 7. En principe, l'enroulement principal peut être situé symétriquement ou asymétriquement par rapport au rotor. La figure 6 montre la conception du moteur avec un enroulement principal asymétrique 5 (1 - trou de montage; 2 - shunt magnétique; 3 - enroulement court-circuité; 4 - trous de montage et d'alignement; 6 - cadre d'enroulement; 7 - culasse). Un tel moteur a une diffusion importante de flux magnétique dans le circuit magnétique externe, par conséquent, son efficacité ne dépasse pas 10-15%, et il est fabriqué pour une puissance ne dépassant pas 5-10 watts.

Du point de vue de la fabricabilité, un moteur avec un enroulement principal situé symétriquement est plus complexe. Dans les moteurs d'une puissance de 10 à 50 W, un stator composite est utilisé (Fig.7, où: 1 - anneau de culasse; 2 - anneau court-circuité; 3 - pôles; 4 - rotor à cage d'écureuil; 5 - shunt magnétique). En raison du fait que les pôles du moteur sont couverts par la culasse et que les enroulements sont situés à l'intérieur du système magnétique, les flux magnétiques de diffusion sont beaucoup moins importants que dans la conception de la figure 6. Rendement moteur 15-25%.

Figures 6, 7

Figure 8

Pour modifier le régime moteur avec des pôles séparés, utilisez un circuit à pôles croisés (Fig. 8). Dans ce document, il est assez simple de changer le nombre de paires de pôles de l'enroulement du stator, pour changer lequel il suffit d'activer les enroulements inclus en fonction des enroulements inclus. Dans les moteurs à pôles séparés, le principe du contrôle de vitesse est également utilisé, qui consiste à commuter les bobines d'enroulement de série en parallèle.

Pryadko A. D.

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