Le principe de fonctionnement du moteur à courant alternatif. Moteur à courant alternatif asynchrone. Courant alternatif - CA

moteur électrique est un appareil qui convertit énergie électrique en mécanique.

Principe de fonctionnement moteur électrique

Le fonctionnement des moteurs électriques est basé sur le principe induction électromagnétique. Le moteur électrique se compose d'un stator - il s'agit d'une partie fixe et d'un rotor (armatures dans les machines courant continu et moteurs de collecteur) - la partie mobile. Le courant électrique (ou les aimants permanents) dans un moteur électrique génère des champs magnétiques stationnaires et/ou rotatifs.

stator- c'est la partie fixe du moteur électrique, généralement la partie extérieure. Les tâches du stator dépendent du type de moteur électrique : il peut à la fois générer un champ magnétique fixe et être constitué d'aimants permanents et/ou d'électroaimants, et créer un champ magnétique tournant et être constitué d'enroulements alimentés en courant alternatif.

Rotor(induit) est la partie mobile du moteur électrique située à l'intérieur du stator. Le rotor (armature) peut contenir : des aimants permanents ; enroulements sur le noyau à travers lesquels circulent les courants électriques (connectés via un ensemble balai-collecteur); enroulement en court-circuit ("roue d'écureuil" / "cage d'écureuil"), dans lequel les courants apparaissent sous l'action d'une rotation champ magnétique stator.

En raison de l'interaction des champs magnétiques du rotor et du stator, un couple apparaît dans le moteur électrique, qui entraîne le rotor du moteur. C'est ainsi que l'énergie électrique fournie aux différents enroulements du moteur est convertie en énergie mécanique de rotation. Cette énergie est utilisée pour entraîner les mécanismes en mouvement.

En savoir plus sur les moteurs électriques

Une caractéristique des moteurs électriques est la propriété de réversibilité : tout moteur électrique est capable d'effectuer les tâches d'un générateur et vice versa, et dans tout transformateur et machine électrique convertisseur d'énergie électrique, le sens de conversion de l'énergie peut être inversé. Malgré cela, chaque machine tournante ne peut généralement fonctionner que dans un seul mode - en tant que générateur ou en tant que moteur électrique. De la même manière, l'un des enroulements du transformateur joue le rôle de récepteur d'énergie électrique (enroulement primaire) et le second est responsable du transfert d'énergie (enroulement secondaire). Cela permet la meilleure façon adapter le moteur électrique aux conditions de fonctionnement données et tirer le meilleur parti des matériaux, c'est-à-dire atteindre la puissance la plus élevée par unité de poids du moteur électrique.
Le processus de conversion d'énergie dans les moteurs électriques est inextricablement lié aux pertes générées par la remagnétisation des noyaux ferromagnétiques, le passage du courant dans les conducteurs, les frottements dans les roulements et l'air, etc. À cet égard, la puissance consommée par le moteur électrique est toujours supérieur à la puissance de sortie, et l'efficacité est inférieure à cent%. Malgré cela, les moteurs électriques, par rapport aux machines thermiques et autres, sont considérés comme des convertisseurs d'énergie tout à fait parfaits avec un rendement suffisamment élevé. Par exemple, dans les moteurs électriques les plus puissants, le rendement atteint 98-99,5% et dans les moteurs électriques d'une puissance de 10 watts. L'efficacité prend des valeurs de 20-40%. Des rendements aussi élevés à des puissances aussi faibles sont inaccessibles dans d'autres types de machines.

Les moteurs électriques sont devenus largement utilisés en raison de la présence d'un certain nombre de caractéristiques positives : hautes performances énergétiques, facilité d'approvisionnement et de restitution d'énergie, possibilité d'avoir des moteurs électriques différentes capacités et les vitesses de rotation, ainsi que la simplicité et la facilité d'entretien.

Avec une augmentation de la charge d'une machine électrique, les pertes d'énergie augmentent et le niveau d'échauffement de la machine augmente. À cet égard, la puissance de charge maximale de la machine est déterminée en fonction de la valeur admissible de son chauffage, ainsi que de la résistance mécanique de ses pièces individuelles, des conditions de collecte de courant sur les contacts glissants, etc. Mode de fonctionnement en tension des moteurs électriques courant alternatif en ce qui concerne les charges électromagnétiques (amplitude de l'induction magnétique, densité de courant, etc.), les pertes d'énergie et l'échauffement, il n'est pas déterminé par la puissance active, mais par la pleine puissance, car l'amplitude du flux magnétique dans la machine dépend de la tension totale et non de sa partie active. La puissance utile fournie à une machine électrique est dite nominale. Les valeurs restantes, qui caractérisent également le fonctionnement du moteur électrique à une puissance donnée, sont également appelées nominales. Parmi eux figurent le courant nominal, la tension, la vitesse de rotation, le rendement et d'autres quantités (pour une machine à courant alternatif - la fréquence nominale et le facteur de puissance).

Les principales valeurs nominales sont prescrites dans le tableau passeport joint à la machine. On pense que la puissance nominale du moteur est la puissance utile sur son arbre, et celle du générateur est la puissance électrique délivrée par ses bornes de sortie. En attendant, la puissance nominale apparente ou active est donnée pour les alternateurs. Toutes les données et exigences techniques et économiques pour les machines électriques sont établies en Russie normes d'état(GOST) pour les moteurs électriques.

Tensions nominales des moteurs électriques sont comparées dans GOST aux tensions nominales standard des réseaux électriques. Dans le même temps tensions nominales les moteurs électriques et les enroulements primaires des transformateurs sont considérés comme égaux à la tension standard des réseaux électriques, et les tensions des générateurs et des enroulements secondaires des transformateurs sont supérieures de 5 à 10% pour compenser les chutes de tension dans les réseaux. Les tensions nominales des moteurs électriques les plus utilisées : pour les moteurs à courant continu PO, 220 et 440 V, pour les générateurs à courant continu 115, 230 et 460 V, pour les moteurs à courant alternatif et les enroulements primaires des transformateurs 220, 380, 660 b et 3, 6, 10 kV , pour les générateurs et les enroulements secondaires des transformateurs 230, 400, 690 et 3,15 ; 6.3 ; 10,5 ; 21 kV (pour les enroulements secondaires des transformateurs également 3,3 ; 6,6 ; 11 et 22 kV). Parmi les tensions les plus élevées pour les enroulements primaires des transformateurs, 35, 110, 150, 220, 330, 500 et 750 kV sont standard et pour les enroulements secondaires 38,5 ; 121 ; 165 ; 242 ; 347 ; 525 et 787 m².
En Russie, comme dans la plupart des autres pays du monde, la fréquence du courant industriel est de 50 Hz, de sorte que la plupart des machines à courant alternatif sont également créées à 50 Hz. Aux États-Unis et dans d'autres pays d'Amérique, la fréquence du courant industriel est de 60 Hz. Pour diverses applications spéciales (installations électrothermiques, dispositifs d'automatisation, etc.), des moteurs électriques avec d'autres indicateurs de fréquence de courant sont également utilisés.

Par puissance, les moteurs électriques sont divisés en groupes suivants:

Le but principal de tout moteur est la communication (transfert) d'énergie mécanique aux organes de travail des mécanismes de production, dont ils ont besoin pour effectuer certaines opérations technologiques. Le moteur électrique génère cette énergie mécanique grâce à l'énergie électrique qu'il consomme à partir de réseau électrique auquel il est relié. En d'autres termes, un moteur électrique convertit l'énergie électrique en énergie mécanique.
La quantité d'énergie mécanique générée par le moteur par unité de temps est appelée sa puissance. La puissance mécanique sur l'arbre moteur est déterminée par le produit du couple moteur et de sa vitesse. Notez que certains moteurs ont un mouvement de translation, leur puissance mécanique dépend donc de la force développée par le moteur et de la vitesse de ce mouvement de translation.
Selon la nature de la tension d'alimentation, on distingue les moteurs à courant continu et à courant alternatif. Les moteurs à courant continu les plus courants comprennent, par exemple, les moteurs avec des moteurs indépendants, en série et excitation mitigée, et des exemples de moteurs à courant alternatif sont des moteurs asynchrones et synchrones.
Malgré la variété des moteurs électriques existants (y compris les moteurs spéciaux), le fonctionnement de chacun d'eux est basé sur l'interaction d'un champ magnétique et d'un conducteur avec choc électrique soit un champ magnétique et un corps ferromagnétique soit un aimant permanent.
Considérez l'interaction d'un champ magnétique et d'un conducteur avec un courant électrique. Supposons que dans le champ magnétique d'un aimant avec pôles N-S(Fig. 1),
Riz. I. Interaction d'un champ magnétique et d'un conducteur avec le courant.
dont les lignes de champ sont représentées en traits fins, on place perpendiculairement à ces lignes un conducteur de drain I. Ensuite, selon une loi physique bien connue, ce conducteur sera soumis à une force F (force Ampère) proportionnelle à l'induction du champ magnétique B, la longueur du conducteur I et l'intensité du courant I :
F = BlI. (un)
La direction de la force F agissant sur le conducteur peut être déterminée par la règle dite de la main gauche : si les doigts de la main gauche sont tendus dans la direction du courant I, et la paume est positionnée de manière à ce que les lignes de champ magnétique entrez-le, puis le pouce plié indiquera la direction de la force F.
Notez que, conformément à la loi de l'induction électromagnétique, le courant traversant le conducteur créera son propre champ magnétique avec des lignes de force concentriques autour du conducteur (ce champ n'est pas représenté sur la Fig. 1), et donc l'image du champ magnétique entre les pôles de l'aimant changera quelque peu. Cependant, cette circonstance ne change pas l'essence du phénomène considéré.
Montré sur la fig. 1, le circuit peut servir de modèle le plus simple d'un moteur à mouvement de translation, puisque sous l'action d'une force F, un conducteur porteur de courant tend à effectuer un mouvement rectiligne dans le sens de cette force.
Pour expliquer le principe de la formation du couple dans les moteurs à mouvement rotatif, considérons le comportement dans le champ du même aimant d'un châssis avec courant, constitué des conducteurs A et B (Fig. 2, a). Le courant aux conducteurs du châssis est fourni par source externe courant continu à travers deux anneaux de contact K, montés sur l'axe de rotation du châssis 00 ".

Lorsqu'il est montré dans la Fig. 2, et la position du cadre et les directions du courant et du champ magnétique sur les conducteurs du cadre A et B, les forces F agiront, ayant, conformément à la règle de la main gauche, les directions indiquées sur la figure. Ces forces vont créer un couple M par rapport à l'axe du bâti 00", sous l'action duquel le bâti commencera à tourner dans le sens antihoraire.
Au cours de la physique, on montre que ce moment est directement proportionnel à l'intensité du courant I, à l'induction du champ magnétique B, à la surface du cadre avec le courant 5 et dépend de l'angle a entre les lignes du champ magnétique et l'axe du cadre aa y perpendiculaire à son plan :
M-BIS sin a-Mmax sin a, (2)
où Mmax=BIS est le moment maximal développé par l'ossature. À la position du cadre illustrée à la Fig. 2a, l'angle a est de 90°, donc le moment agissant sur le bâti est maximal.



Riz. 2. Le principe de fonctionnement du moteur à courant continu. a - formation du moment à a=90° ; b - la formation d'un moment à un \u003d 270 ": e - la formation d'un couple constant dans la direction.
Considérons maintenant une autre position du cadre, lorsqu'il tourne d'un demi-tour et que le conducteur A est déjà sous le pôle 5, et le conducteur B est sous le pôle N (Fig. 2.6). Puisque la direction du courant dans les conducteurs est restée la même, alors, selon la même règle de gauche, on peut déterminer que dans cette position du cadre, la force F agissant sur ses conducteurs a changé de direction dans le sens opposé. En conséquence, le sens du couple M va également changer dans le sens inverse, ce qui aura tendance à faire tourner le bâti dans l'autre sens, dans le sens des aiguilles d'une montre. Il n'est pas difficile de tirer la même conclusion en se basant sur l'analyse de la formule (2) : puisque l'angle a est devenu égal à 270° (90° -f -) -180°) ou, ce qui revient au même, -90°, puis sin a \u003d -1 et le moment a changé son signe en l'opposé.
Ainsi, le châssis, sous l'action d'un moment changeant de direction, va osciller autour de son axe de rotation 00". Un tel dispositif, évidemment, ne peut servir de base à un moteur de mouvement de rotation de sens constant, qui habituellement nécessite un moment de direction constante et un sens de rotation invariable.
Que faut-il faire pour que le couple résultant sur le cadre ait renvoi permanent? Il est facile de voir qu'il existe deux possibilités fondamentales pour cela :
1) changer le sens du courant dans les conducteurs du châssis lorsque la position des conducteurs sous les pôles du système magnétique change;
2) changer la direction du champ magnétique pendant la rotation du cadre et la direction du courant dans celui-ci reste inchangée, ou, en d'autres termes, créer un champ magnétique tournant.
Le premier de ces principes est utilisé dans les moteurs à courant continu, le second est à la base du fonctionnement des moteurs à courant alternatif.
Considérons d'abord la formation d'un couple constant dans le sens en changeant le sens du courant dans la boucle et découvrons ainsi le principe de fonctionnement des moteurs à courant continu.
Pour changer le sens du courant dans les conducteurs de la boucle, il est évidemment nécessaire de disposer d'un dispositif qui changerait le sens du courant dans la boucle en fonction de la position de ses conducteurs.
Le dispositif mécanique le plus simple possible de ce type peut être mis en œuvre en modifiant simplement la conception des contacts glissants K (Fig. 2, a, b), qui servent à fournir du courant au châssis. Cette transformation consiste à remplacer deux bagues collectrices par une seule, mais constituée de deux moitiés (segments) isolées l'une de l'autre, auxquelles sont connectés les conducteurs de trame A et B (Fig. 2, c). Dans ce cas, lorsque le cadre est tourné d'un demi-tour, le sens du courant dans les conducteurs changera dans le sens opposé, donc le couple conservera son sens et le cadre continuera à tourner dans le même sens. Un dispositif de commutation mécanique similaire, appelé collecteur, est utilisé dans les moteurs à courant continu conventionnels. Dans certaines conceptions de moteur spéciales, décrites ci-dessous, ce dispositif de commutation est réalisé sans contact (électronique).
Un vrai moteur à courant continu, dont un schéma simplifié est illustré à la fig. 3, a, bien sûr, beaucoup plus structure complexe par rapport à celui représenté sur la Fig. 2, dans. Pour obtenir un couple important, on prend généralement plusieurs dizaines de cadres, qui forment l'enroulement d'une armature. Les conducteurs d'enroulement d'induit sont placés dans les rainures du noyau ferromagnétique cylindrique 2 et leurs extrémités sont connectées au nombre correspondant de segments de l'anneau isolés les uns des autres qui forment le collecteur (non représenté sur la figure).



Riz. 3. Schéma d'un moteur à courant continu.
Riz. 4 Le principe de fonctionnement d'un moteur synchrone. a - position d'équilibre; b - la formation du couple
Le noyau, l'enroulement et le collecteur forment l'induit du moteur, qui tourne dans des roulements montés dans le carter du moteur. Le courant vers les conducteurs d'induit est fourni à partir du réseau CC à l'aide de contacts à balais glissants.
Le champ magnétique est créé par les pôles 3 de l'aimant situé dans le carter 4 du moteur. Ce champ magnétique est communément appelé champ d'excitation. Pour sa formation, des aimants permanents ou des électroaimants peuvent être utilisés.
L'enroulement d'un électroaimant est généralement appelé enroulement d'excitation (élément 5 sur la figure 3). L'enroulement d'excitation est connecté au réseau DC et peut être mis en marche indépendamment de l'enroulement d'induit ou en série avec lui. Dans le premier cas, le moteur est appelé moteur à excitation indépendante, dans le second cas - à excitation séquentielle.
Certains moteurs à courant continu ont deux enroulements d'excitation - indépendants et en série. De tels moteurs sont appelés moteurs à excitation mixte. Le nombre de pôles du champ magnétique d'excitation peut être supérieur à deux, par exemple quatre, comme le montre la Fig. 3.
Passons maintenant à l'examen des moteurs à courant alternatif.
Revenons aux expériences avec le cadre et considérons sa position, illustrée à la Fig. 4a. Notez que cette figure est une vue frontale simplifiée du circuit de la Fig. 2,a, et la direction du courant dans le conducteur circulant dans le plan du dessin est indiquée par une croix, et sortant du plan du dessin est indiquée par un point.
De la formule (2), il s'ensuit que dans la position horizontale représentée du cadre, le couple agissant sur le cadre est nul (a = 0), bien que les forces agissant sur les conducteurs A et B soient non nulles. L'explication de cette situation est que la direction d'action de ces forces passe par l'axe de rotation du bâti 00", donc, le bras des forces F par rapport à cet axe est nul et aucun couple n'est généré.
Cette position du cadre est équilibrée et maintient un état de repos.
Tournons maintenant d'une manière ou d'une autre l'aimant N-S dans le sens des aiguilles d'une montre d'un certain angle a, sans changer la direction du courant dans les conducteurs, comme le montre la Fig. 4.6. Il est aisé de voir qu'une telle rotation de l'aimant provoquera un changement de direction des forces F et l'apparition d'un épaulement pour l'application de ces forces par rapport à l'axe de rotation du bâti. En conséquence, conformément à la formule (2), un couple commencera à agir sur le châssis, tendant à ramener le châssis dans une position d'équilibre, et par conséquent, le châssis tournera après l'aimant du même angle a.
Si maintenant nous commençons à faire tourner l'aimant NS de manière uniforme, alors le cadre tournera également dans le même sens de manière synchrone avec la rotation du champ magnétique, car lorsque le "non-synchronisme" apparaît entre la rotation du champ 12 et le cadre (un = / = O), le moment commence immédiatement à agir sur ce dernier, cherchant à synchroniser cette rotation. Les moteurs utilisant ce principe sont donc appelés moteurs synchrones, et leur couple, déterminé par la formule (2), est souvent appelé couple de synchronisation.
Ainsi, pour le fonctionnement d'un moteur synchrone, il est nécessaire de créer un champ magnétique tournant et d'y placer des conducteurs, circulant avec un courant constant dans la direction.
Considérez comment un champ magnétique tournant est obtenu dans de vrais moteurs à courant alternatif. Le champ magnétique tournant d'un moteur synchrone est formé à l'aide d'un système d'enroulements reliés à un réseau de courant alternatif. En règle générale, les moteurs synchrones utilisent des enroulements triphasés disposés dans les rainures du noyau du stator du moteur avec un certain décalage spatial autour de la circonférence. Dans la théorie des machines électriques, on montre que si un tel enroulement est relié à réseau triphasé courant alternatif, alors les courants forment un champ magnétique tournant dans l'entrefer du moteur, dont la fréquence de rotation n0 est déterminée par la fréquence du courant dans le réseau f et le nombre de paires de pôles moteur p formées par le stator enroulement:

L'interaction de ce champ magnétique tournant avec le courant dans les conducteurs de l'enroulement du rotor provoquera la rotation du moteur synchrone, qui se produira de manière synchrone avec la rotation du champ magnétique du stator.
En l'absence de moment de charge sur l'arbre d'un moteur synchrone, les axes des champs magnétiques du stator et du rotor coïncident (cc=0), le moteur ne développe pas de couple et tourne à une fréquence n0. Lorsqu'un moment de résistance (charge) apparaît sur le moteur, l'axe du champ du rotor commencera à être en retard sur l'axe du champ du stator, et ce processus se poursuivra jusqu'à ce que, à un certain angle af0, le moteur de couple (synchronisation) le couple devient égal au couple résistant. Un moteur synchrone continuera à tourner à une fréquence u, surmontant de lui-même le moment de résistance.
Cette position sera maintenue jusqu'à la valeur du couple moteur maximum correspondant à l'angle α = 90°. Lorsque le couple de charge augmente encore, le moteur synchrone est dit "désynchronisé" et s'arrête. Ainsi, un moteur synchrone ne peut vaincre qu'un certain moment de résistance nominal, qui correspond pour les moteurs synchrones à un angle a = 20-30°.
Un schéma simplifié d'un moteur synchrone est illustré à la fig. 5. Dans le boîtier du moteur, dans les rainures du noyau I, un enroulement de courant alternatif triphasé 2 est posé, qui, lorsqu'il est connecté à un réseau de courant alternatif, forme un champ magnétique tournant. Le noyau avec l'enroulement forme une partie fixe du moteur - le stator.
Le rôle du châssis avec courant est assuré par l'enroulement d'excitation 3 du moteur, situé sur le noyau ferromagnétique 4. L'enroulement d'excitation a plusieurs dizaines de tours (châssis) et est connecté au réseau CC via des bagues collectrices et un contact balai (sur la Fig. 5, ces parties du moteur ne sont pas représentées).
L'enroulement d'excitation, le noyau et les bagues collectrices avec l'arbre du moteur forment le rotor du moteur - sa partie rotative.
Le moteur synchrone construit selon le schéma de la fig. 5 est habituellement appelé pôle saillant, ce qui est associé à la présence de pôles au niveau du noyau du rotor. Parallèlement à cela, il existe des moteurs synchrones dits à pôles implicites, dans lesquels le noyau du rotor n'a pas de pôles prononcés.

Riz. 5. Schéma d'un moteur synchrone à excitation électromagnétique.
L'action d'un moteur synchrone peut reposer, outre le principe d'interaction d'un champ magnétique et d'un conducteur avec courant évoqué ci-dessus, également sur le principe d'interaction d'un champ magnétique avec un aimant permanent ou un corps ferromagnétique. Pour illustrer ce principe, considérons le comportement d'un aimant permanent 2 placé dans le champ de l'aimant 1, comme illustré à la Fig. 6. D'après le cours de la physique, on sait que les pôles opposés de deux aimants s'attirent toujours et que les mêmes pôles se repoussent. Conformément à cela, l'aimant 2 prendra une position dans laquelle il pôle Nord sera à pôle Sud aimant 1, et le sud - au nord. Cette position sera l'équilibre pour le système considéré de deux aimants.



Riz. 6. Schéma d'un moteur synchrone.
Riz. 7. Le principe de fonctionnement d'un moteur asynchrone.
Dans ce cas, on note une circonstance très importante : la position d'équilibre correspond simultanément à la résistance magnétique minimale dans le trajet du flux magnétique et à la courbure minimale lignes de force champ magnétique. En d'autres termes, les aimants ont tendance à prendre une telle position mutuelle dans laquelle les lignes du champ magnétique sont légèrement incurvées et la résistance magnétique au flux magnétique est minimale.
Maintenant, il n'est pas difficile de comprendre ce qui arrivera à l'aimant 2 si nous commençons à faire tourner l'aimant I. Évidemment, il commencera également à tourner avec l'aimant I, essayant de maintenir une position d'équilibre, et les fréquences de rotation des deux aimants vont être le même (synchrone). Les moteurs synchrones dont les rotors sont à aimants permanents sont appelés moteurs synchrones à aimants permanents.
La même rotation synchrone du rotor peut également être obtenue si, à la place de l'aimant permanent 2, un corps ferromagnétique de même forme est placé dans le champ de l'aimant permanent I. Étant placé dans un champ magnétique, le rotor ferromagnétique sera magnétisé, et au pôle nord de l'aimant un pôle sud est formé, et au pôle sud de l'aimant - le pôle nord du corps ferromagnétique. Le rotor ferromagnétique aura tendance à maintenir cette position même pendant la rotation du champ magnétique, qui conditionne le fonctionnement d'un moteur synchrone avec un rotor en forme de corps ferromagnétique. Ce type de moteur est appelé moteur synchrone à réluctance. A noter que pour le fonctionnement d'un tel moteur, son rotor doit en principe avoir des pôles prononcés, et leur nombre (pas forcément deux) doit être égal au nombre de pôles du champ magnétique tournant.
La formation d'un champ magnétique tournant d'un moteur synchrone réactif et à aimants permanents se produit de la même manière que dans un moteur synchrone conventionnel - en utilisant un enroulement de stator connecté à un réseau de courant alternatif.
Pour expliquer le principe de fonctionnement d'un autre type de moteur à courant alternatif très courant - un moteur asynchrone - nous nous tournons à nouveau vers des expériences avec un châssis placé dans un champ magnétique. Cependant, cette fois, nous ne fournirons pas de courant à la boucle, mais la fermerons, comme indiqué sur la Fig. 7. Découvrons ce qui arrivera à un tel cadre si nous recommençons à faire tourner les pôles de l'aimant, par exemple, avec une fréquence de rotation dans le sens des aiguilles d'une montre.
Étant donné que le cadre est initialement stationnaire, lorsque l'aimant est tourné, il commencera à changer Flux magnétique traversant le cadre. Ensuite, conformément à la loi de l'induction électromagnétique (loi de Faraday), une force électromotrice (EMF) d'induction commencera à être induite (induite) dans le cadre, sous l'influence de laquelle le courant commencera à circuler à travers les conducteurs du Cadre. L'interaction de ce courant avec un champ magnétique entraînera l'apparition d'un couple, sous l'influence duquel le cadre commencera à tourner. C'est le principe de fonctionnement d'un moteur asynchrone.
Pour déterminer le sens de rotation du cadre, nous appliquons la loi de Lenz, selon laquelle les courants circulant dans le cadre avec des modifications du flux magnétique à travers son circuit ont une direction dans laquelle ils empêchent ce changement. Et puisque dans l'expérience ce changement est causé par la rotation du champ magnétique, les courants dans la boucle auront une direction telle que le couple résultant fera tourner la boucle dans le même sens que le champ, car ce n'est que dans ce cas il y a une diminution de la variation du flux magnétique à travers le cadre. Ainsi, le cadre commencera à tourner dans le même sens que le champ, mais avec une fréquence de rotation n.
Dans ce cas, nous notons une circonstance fondamentalement importante - la fréquence de rotation du cadre n sera toujours légèrement inférieure à la fréquence de rotation du champ magnétique n0. En effet, si nous supposons le contraire, c'est-à-dire que les fréquences de rotation de la boucle et du champ sont les mêmes, alors le flux magnétique à travers la boucle de boucle ne changera pas, la FEM et les courants dans la boucle ne seront pas induits, respectivement , et le couple disparaîtra.
Ainsi, pour créer un couple sur le bâti, il faut fondamentalement distinguer les fréquences de rotation du champ magnétique n0 et du bâti n, c'est-à-dire l'asynchronisme (non-synchronisme) de leur rotation, ce qui se traduit par le nom de ce type de moteur électrique. Le degré de différence entre ces fréquences, la rotation est caractérisée numériquement par le soi-disant glissement du moteur asynchrone s, déterminé par la formule

Dans le même temps, il convient de noter que lorsqu'un moment de charge apparaît sur l'axe du châssis en raison d'une diminution de la fréquence de rotation du châssis n (le châssis est freiné), le glissement du moteur va augmenter et le flux magnétique à travers le contour du cadre commencera à changer plus fortement. Dans ce cas, la FEM et les courants dans la boucle commenceront à augmenter et, par conséquent, le couple moteur. Ce processus aura lieu jusqu'à ce qu'à une certaine fréquence de rotation du châssis, le couple du châssis équilibre le moment de charge et qu'un nouvel état de fonctionnement stable se produise. Lorsque la charge est réduite, le processus inverse se produit.
Ainsi, pour le fonctionnement d'un moteur asynchrone, il est nécessaire d'avoir un champ magnétique tournant et des cadres fermés (circuits) sur la partie tournante du moteur - le rhéteur.
Le champ magnétique tournant d'un moteur asynchrone (Fig. 8) est formé de la même manière que celui d'un moteur synchrone - à l'aide d'enroulements 2 situés dans les rainures du boîtier de stator I et connectés au réseau alternatif.
Les enroulements 3 du rotor d'un moteur à induction sont généralement constitués de plusieurs dizaines de cadres fermés (circuits) et ont deux conceptions principales : en court-circuit et en phase.
Lors de l'exécution d'un enroulement court-circuité, les conducteurs posés dans les rainures du boîtier ferromagnétique 4 du rotor sont court-circuités. Typiquement, un tel enroulement est obtenu en versant de l'aluminium en fusion dans les rainures du boîtier et est appelé "cage d'écureuil".
Dans la fabrication d'un enroulement "phase", les extrémités des phases de l'enroulement sont mises en évidence par des contacts glissants (anneaux), ce qui permet d'inclure diverses résistances supplémentaires dans le circuit du rotor, qui sont nécessaires, par exemple, pour démarrer le moteur ou régler sa vitesse.

Riz. 8. Schéma d'un moteur asynchrone.
Il est à noter que pour obtenir le couple d'un moteur à induction, il n'est pas nécessaire de placer un enroulement de conducteurs électriques sur le rotor. Il est possible de réaliser le rotor simplement sous la forme d'un cylindre ferromagnétique massif et de le placer dans un stator de moteur à induction classique. Ensuite, lorsque les enroulements du stator sont connectés au réseau et qu'un champ magnétique tournant apparaît dans le corps massif du rotor, les courants dits de Foucault (courants de Foucault) seront induits, dont la direction est également déterminée par la loi de Lenz. Lorsque ces courants interagissent avec un champ magnétique, un couple est créé, sous l'influence duquel un rotor solide commence à tourner dans le sens de rotation du champ magnétique, comme un rotor classique avec un bobinage. De tels moteurs sont appelés moteurs asynchrones à rotor massif.
A noter que des courants de Foucault se produisent aussi, bien sûr, dans le noyau d'un rotor d'enroulement classique, mais dans ce cas ils sont nocifs, car ils provoquent un échauffement supplémentaire du rotor. Habituellement, ils essaient d'affaiblir leur action, pour laquelle le noyau du rotor est assemblé (mixte) à partir de tôles d'acier électrique isolées les unes des autres, créant ainsi un grand résistance électrique. Dans ce cas, le noyau est souvent appelé package.
Considéré dans cette section principes généraux le fonctionnement des moteurs à courant continu et à courant alternatif constitue la base physique du fonctionnement des moteurs spéciaux.
Les moteurs électriques à usage général et spécial sont caractérisés par des données nominales, qui incluent la puissance sur l'arbre du moteur, la tension, le courant, la vitesse, le rendement et certaines autres quantités. Les principales données nominales sont réglementées par les normes nationales (GOST) pour voiture électrique et indiqué dans le passeport.
Les données nominales du moteur correspondent au mode thermique normal de son fonctionnement, dans lequel la température de toutes les parties du moteur ne dépasse pas niveau acceptable. Pour assurer ce mode, le moteur est calculé en conséquence et dispose d'un système de refroidissement (ventilation).
Selon la méthode de refroidissement, ils distinguent:
moteurs à refroidissement naturel, dans lesquels il n'y a pas de dispositifs spéciaux de ventilation;
les moteurs à autoventilation interne et externe dont le refroidissement est assuré par un ventilateur situé sur l'arbre moteur et ventilant respectivement la cavité interne ou la surface externe du moteur ;
moteurs à refroidissement indépendant, qui sont refroidis par un ventilateur séparé ("rider"), qui a son propre entraînement.
Le fonctionnement des moteurs est également caractérisé par d'autres grandeurs qui ne sont pas directement indiquées dans son passeport - le couple nominal correspondant aux données nominales du moteur, et le couple et le courant de démarrage, qui correspondent au moment du démarrage (connexion à le réseau) du moteur. Lors de l'analyse du fonctionnement d'un moteur, les valeurs du couple et du courant de démarrage sont généralement comparées aux valeurs nominales correspondantes. Le couple et le courant du moteur lors du démarrage ne doivent pas dépasser certaines valeurs admissibles déterminées par les conditions d'échauffement du moteur et le fonctionnement normal de son ensemble collecteur-balais.