La science de l'électricité s'est rapidement développée aux XIXe et XXe siècles, ce qui a conduit à la création de moteurs électriques asynchrones. Grâce à ces appareils, le développement de l'industrie a fait un bond en avant et il est désormais impossible d'imaginer des usines et des installations sans l'aide de machines asynchrones.
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Histoire
L'histoire du moteur asynchrone remonte à 1888 lorsque Nikola Tesla a breveté un circuit de moteur électrique, la même année qu'un autre scientifique électricien Gallileo Ferraris a publié un article sur les aspects théoriques de la machine asynchrone.
En 1889, un physicien russe Mikhail Osipovich Dolivo-Dobrovolsky a obtenu un brevet en Allemagne pour un moteur électrique asynchrone triphasé.
Toutes ces inventions ont permis d'améliorer les machines électriques et ont conduit à l'utilisation massive de machines électriques dans l'industrie, qui ont considérablement accéléré tous les processus de fabrication, amélioré l'efficacité et réduit l'intensité du travail.
Actuellement, le moteur électrique le plus utilisé dans l'industrie est le prototype de la machine électrique créé par Dolivo-Dobrovolsky.
Conception et principe de fonctionnement du moteur asynchrone
Les principaux composants d'un moteur électrique asynchrone sont le stator et le rotor, qui sont séparés l'un de l'autre par un entrefer. Le travail actif dans le moteur est effectué par les enroulements et le noyau du rotor.
L'asynchronisme du moteur est défini comme la différence entre la vitesse du rotor et la vitesse du champ électromagnétique.
Stator - est une partie fixe du moteur dont le noyau est en acier électrique et est monté dans le cadre de base. Le cadre est coulé dans un matériau non magnétique (par exemple, fonte, aluminium, etc.).fonte, aluminium). Les enroulements du stator sont un système triphasé dans lequel les fils sont disposés dans des fentes avec un angle de déflexion de 120 degrés. Les enroulements sont connectés au réseau en étoile ou en triangle en standard.
Le rotor - est la partie mobile du moteur. Il existe deux types de rotors pour les moteurs asynchrones : les rotors à cage d'écureuil et les rotors à phase. Ces types diffèrent par la conception de l'enroulement du rotor.
Moteur à induction avec rotor à cage d'écureuil
Ce type de machine électrique a été breveté pour la première fois par M.O. Dolivo-Dobrovolsky et est populairement appelé "roue d'écureuil" en raison de son apparence. L'enroulement rotorique court-circuité est constitué de barres de cuivre court-circuitées (aluminium, laiton) et sont insérés dans les fentes d'enroulement du noyau du rotor. Ce type de rotor n'a pas de contacts mobiles, de sorte que ces moteurs sont très fiables et durables en fonctionnement.
Moteur asynchrone avec un rotor de phase
Ce dispositif permet de faire varier la vitesse sur une large plage. Le rotor à phase est un enroulement triphasé qui est connecté en étoile ou en triangle. Ces moteurs sont équipés de balais spéciaux qui peuvent être utilisés pour contrôler la vitesse du rotor. Si un rhéostat spécial est ajouté au mécanisme d'un tel moteur, la résistance au démarrage du moteur sera réduite et les courants d'appel, qui ont un effet néfaste sur le réseau et l'appareil lui-même, seront minimisés.
Principe de fonctionnement
Lorsqu'un courant électrique est appliqué aux enroulements du stator, un flux magnétique est généré. Comme les phases sont décalées de 120 degrés l'une par rapport à l'autre, cela entraîne une rotation du flux dans les enroulements. Si le rotor est court-circuité, cette rotation génère un courant dans le rotor qui crée un champ électromagnétique. En interagissant l'un avec l'autre, les champs magnétiques du rotor et du stator font tourner le rotor du moteur électrique. Si le rotor est en phase, une tension est appliquée au stator et au rotor simultanément, un champ magnétique apparaît dans chaque mécanisme, ils interagissent entre eux et font tourner le rotor.
Avantages des moteurs asynchrones
| Avec rotor à cage d'écureuil | Avec rotor à enroulement de phase |
|---|---|
| 1. Dispositif et circuit de démarrage simple | 1. Faible courant de démarrage |
| 2. Faible prix de fabrication | 2. Vitesse variable. |
| 3. La vitesse de l'arbre ne change pas avec l'augmentation de la charge. | 3. Fonctionnement avec de faibles surcharges sans variation de vitesse. |
| 4. Capable de résister à des surcharges de courte durée. | 4. Peut appliquer un démarrage automatique |
| 5. Fiable et durable dans son fonctionnement | 5. A un couple élevé |
| 6. Adapté à toutes les conditions de travail | |
| 7. A une efficacité élevée |
Inconvénients des moteurs asynchrones
| Avec rotor à cage d'écureuil | Avec rotor à enroulement de phase |
|---|---|
| 1. La vitesse du rotor ne peut pas être contrôlée | 1. surdimensionné |
| 2. Faible couple de démarrage | 2. Une efficacité moindre |
| 3. Courant de démarrage élevé | 3. entretien fréquent en raison de l'usure des brosses |
| 4. Une certaine complexité dans la conception et les contacts mobiles |
Les moteurs asynchrones sont des dispositifs très efficaces dotés de bonnes caractéristiques mécaniques et sont donc le type de moteur le plus fréquemment utilisé.
Modes de fonctionnement
Un moteur électrique asynchrone est un mécanisme polyvalent et possède plusieurs modes de fonctionnement en termes de durée :
- Continu ;
- Court terme ;
- Intermittent ; Périodique ;
- Intermittent ;
- Spécial.
Fonctionnement en continu - Le mode de fonctionnement de base des dispositifs asynchrones, qui se caractérise par le fonctionnement continu du moteur électrique sans arrêts avec une charge constante. Ce mode de fonctionnement est le plus courant et est utilisé dans les installations industrielles du monde entier.
Fonctionnement de courte durée - Fonctionne jusqu'à ce qu'une charge stable soit atteinte pendant une durée déterminée (10 à 90 minutes) sans avoir le temps de se réchauffer. Après ce délai, il s'éteint. Ce mode est utilisé pour le transport de fluides (eau, huile, gaz, etc.).eau, pétrole, gaz) et d'autres situations.
Fonctionnement intermittent - La durée de fonctionnement est fixe et, à la fin du cycle de travail, elle s'arrête. Mode de fonctionnement "Start-operate-stop". Il est possible de l'éteindre pendant un certain temps avant qu'il n'ait le temps de se refroidir aux températures extérieures, puis de le rallumer.
Fonctionnement intermittent - Le moteur ne chauffe pas à la température maximale, mais ne refroidit pas non plus à la température ambiante. Il est utilisé dans les ascenseurs, les escaliers mécaniques, etc.
Mode spécial - La durée et la période d'activation sont arbitraires.
En électrotechnique, il existe un principe de réversibilité des machines électriques, ce qui signifie que le dispositif peut à la fois convertir l'énergie électrique en énergie mécanique et effectuer l'action inverse.
Les moteurs asynchrones sont également conformes à ce principe et possèdent un mode moteur et un mode générateur.
Fonctionnement du moteur - est le mode de fonctionnement de base d'un moteur électrique asynchrone. Lorsqu'une tension est appliquée aux enroulements, un couple électromagnétique est généré, entraînant le rotor avec l'arbre et ainsi l'arbre commence à tourner, le moteur atteint une vitesse constante, effectuant un travail utile.
Mode générateur - est basé sur le principe que le courant électrique dans les enroulements du moteur est généré par la rotation du rotor. Si le rotor du moteur tourne mécaniquement, une force électromotrice est générée dans les enroulements du stator, avec un condensateur dans les enroulements, un courant capacitif est généré. Si la capacité du condensateur a une certaine valeur, en fonction des caractéristiques du moteur, le générateur s'auto-excite et un système de tension triphasé se produit. Le moteur à cage d'écureuil fonctionnera donc comme un générateur.
Contrôle de la vitesse des moteurs asynchrones
Les méthodes suivantes permettent de réguler la vitesse des moteurs électriques asynchrones et de contrôler leurs modes de fonctionnement :
- Fréquence - en modifiant la fréquence du courant dans le réseau électrique, on modifie la vitesse du moteur électrique. Un dispositif appelé convertisseur de fréquence est utilisé pour cette méthode ;
- Rhéostat - en modifiant la résistance du rhéostat dans le rotor, la vitesse de rotation change. Cette méthode permet d'augmenter le couple de démarrage et le glissement critique ;
- Pulsé - méthode de commande dans laquelle un type spécial de tension est appliqué au moteur.
- Les enroulements passent de l'étoile au triangle pendant que le moteur électrique tourne, ce qui réduit les courants de démarrage ;
- Contrôle avec changement de paires de pôles pour les rotors à cage d'écureuil ;
- Connexion d'une résistance inductive pour les moteurs à rotor de phase.
Avec le développement des systèmes électroniques, la commande de divers moteurs asynchrones devient de plus en plus efficace et précise. Ces moteurs sont utilisés partout dans le monde, la variété des tâches effectuées par ces mécanismes augmente de jour en jour, et leur besoin ne diminue pas.
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