Aujourd'hui, il est impossible d'imaginer la civilisation humaine et la société de haute technologie sans électricité. L'un des principaux dispositifs qui assurent le fonctionnement des appareils électriques est le moteur. Cette machine a trouvé la plus large diffusion: de l'industrie (ventilateurs, broyeurs, compresseurs) à l'usage domestique (machines à laver, perceuses, etc.). Mais quel est le principe de fonctionnement d'un moteur électrique ?
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Le principe de fonctionnement du moteur électrique et ses principaux objectifs sont de transférer l'énergie mécanique nécessaire à l'exécution des processus technologiques vers les organes de travail. Le moteur lui-même le génère grâce à l'électricité consommée sur le réseau. Essentiellement, le principe de fonctionnement d'un moteur électrique est de convertir l'énergie électrique en énergie mécanique. La quantité d'énergie mécanique générée par celui-ci dans une unité de temps est appelée puissance.
Vuesmoteurs
Selon les caractéristiques du réseau d'alimentation, on peut distinguer deux principaux types de moteurs: à courant continu et à courant alternatif. Les machines à courant continu les plus courantes sont les moteurs à excitation série, indépendante et mixte. Des exemples de moteurs à courant alternatif sont les machines synchrones et asynchrones. Malgré l'apparente diversité, le dispositif et le principe de fonctionnement d'un moteur électrique à toutes fins sont basés sur l'interaction d'un conducteur avec du courant et un champ magnétique, ou un aimant permanent (objet ferromagnétique) avec un champ magnétique.
Boucle de courant - un prototype du moteur
Le point principal dans un domaine tel que le principe de fonctionnement d'un moteur électrique peut être appelé l'apparition du couple. Ce phénomène peut être considéré en utilisant l'exemple d'un cadre avec un courant, qui se compose de deux conducteurs et d'un aimant. Le courant est fourni aux conducteurs par des anneaux de contact, qui sont fixés sur l'axe du cadre rotatif. Conformément à la fameuse règle de la main gauche, des forces vont agir sur le bâti, ce qui va créer un couple autour de l'axe. Il tournera dans le sens inverse des aiguilles d'une montre sous l'action de cette force totale. On sait que ce moment de rotation est directement proportionnel à l'induction magnétique (B), à l'intensité du courant (I), à la surface du cadre (S) et dépend de l'angle entre les lignes de champ et l'axe de celui-ci. Cependant, sous l'action d'un moment qui change de direction, le cadre va osciller. Que peut-on faire pour créer undirections? Il y a deux options ici:
- modifier le sens du courant électrique dans le châssis et la position des conducteurs par rapport aux pôles de l'aimant;
- modifier la direction du champ lui-même, tandis que le cadre tourne dans le même sens.
La première option est utilisée pour les moteurs à courant continu. Et le second est le principe du moteur à courant alternatif.
Changer le sens du courant par rapport à l'aimant
Afin de changer la direction du mouvement des particules chargées dans le conducteur du cadre avec le courant, vous avez besoin d'un appareil qui définirait cette direction en fonction de l'emplacement des conducteurs. Cette conception est mise en œuvre grâce à l'utilisation de contacts glissants, qui servent à fournir du courant à la boucle. Lorsqu'un anneau en remplace deux, lorsque le bâti tourne d'un demi-tour, le sens du courant s'inverse, et le couple le retient. Il est important de noter qu'un anneau est assemblé à partir de deux moitiés, qui sont isolées l'une de l'autre.
Conception de machines à courant continu
L'exemple ci-dessus est le principe de fonctionnement d'un moteur à courant continu. La vraie machine, bien sûr, a une conception plus complexe, où des dizaines de cadres sont utilisés pour former l'enroulement d'induit. Les conducteurs de cet enroulement sont placés dans des rainures spéciales dans un noyau ferromagnétique cylindrique. Les extrémités des enroulements sont reliées à des anneaux isolés qui forment un collecteur. L'enroulement, le collecteur et le noyau sont une armature tournant dans des roulements sur le corps du moteur lui-même. Le champ magnétique d'excitation est créé par les pôles des aimants permanents, qui sont situés dans le boîtier. L'enroulement est connecté au secteur et peut être activé soit indépendamment du circuit d'induit, soit en série. Dans le premier cas, le moteur électrique aura une excitation indépendante, dans le second - séquentielle. Il existe également une conception à excitation mixte, lorsque deux types de connexion d'enroulement sont utilisés à la fois.
Machine synchrone
Le principe de fonctionnement d'un moteur synchrone est de créer un champ magnétique tournant. Ensuite, vous devez placer dans ce champ les conducteurs profilés avec un courant constant dans la direction. Le principe de fonctionnement d'un moteur synchrone, devenu très répandu dans l'industrie, est basé sur l'exemple ci-dessus avec une boucle avec courant. Le champ tournant créé par l'aimant est formé à l'aide d'un système d'enroulements connectés au secteur. Les enroulements triphasés sont généralement utilisés, cependant, le principe de fonctionnement d'un moteur à courant alternatif monophasé ne diffère pas d'un moteur triphasé, sauf peut-être dans le nombre de phases elles-mêmes, ce qui n'est pas significatif compte tenu des caractéristiques de conception. Les enroulements sont placés dans les fentes du stator avec un certain décalage autour de la circonférence. Ceci est fait pour créer un champ magnétique tournant dans l'entrefer formé.
Synchronisme
Un point très important est le fonctionnement synchrone du moteur électriquela construction ci-dessus. Lorsque le champ magnétique interagit avec le courant dans l'enroulement du rotor, le processus de rotation du moteur lui-même se forme, qui sera synchrone par rapport à la rotation du champ magnétique formé sur le stator. Le synchronisme sera maintenu jusqu'à ce que le couple maximal soit atteint, ce qui est causé par la résistance. Si la charge augmente, la machine peut se désynchroniser.
Moteur à induction
Le principe de fonctionnement d'un moteur électrique asynchrone est la présence d'un champ magnétique tournant et de cadres fermés (contours) sur le rotor - la partie tournante. Le champ magnétique est formé de la même manière que dans un moteur synchrone - à l'aide d'enroulements situés dans les rainures du stator, qui sont connectés à un réseau de tension alternative. Les enroulements du rotor se composent d'une douzaine de cadres en boucle fermée et ont généralement deux types d'exécution: en phase et en court-circuit. Le principe de fonctionnement du moteur à courant alternatif dans les deux versions est le même, seule la conception change. Dans le cas d'un rotor à cage d'écureuil (également appelé cage d'écureuil), l'enroulement est coulé avec de l'aluminium fondu dans les fentes. Lors de la fabrication de l'enroulement de phase, les extrémités de chaque phase sont mises en évidence à l'aide de bagues de contact coulissantes, car cela permettra d'inclure des résistances supplémentaires dans le circuit, qui sont nécessaires pour contrôler la vitesse du moteur.
Machine de traction
Le principe de fonctionnement du moteur de traction est similaire à celui d'un moteur à courant continu. Depuis le réseau d'alimentation, le courant est fourni à un transformateur élévateur. Plus loinle courant alternatif triphasé est transmis à des sous-stations de traction spéciales. Il y a un redresseur. Il convertit le courant alternatif en courant continu. Selon le schéma, il est réalisé avec l'une de ses polarités sur les fils de contact, la seconde - directement sur les rails. Il faut se rappeler que de nombreux mécanismes de traction fonctionnent à une fréquence différente de l'industriel établi (50 Hz). Par conséquent, un convertisseur de fréquence est utilisé pour un moteur électrique dont le principe de fonctionnement est de convertir les fréquences et de contrôler cette caractéristique.
Au niveau du pantographe relevé, la tension est fournie aux chambres où se trouvent les rhéostats de démarrage et les contacteurs. À l'aide de contrôleurs, les rhéostats sont connectés aux moteurs de traction, situés sur les essieux des bogies. À partir d'eux, le courant circule à travers les pneus jusqu'aux rails, puis retourne à la sous-station de traction, complétant ainsi le circuit électrique.
