Moteurs asynchrones monophasés et biphasés

But, dispositif et principe de fonctionnement des moteurs asynchrones monophasés

Les moteurs à induction monophasés sont des machines de faible puissance qui ressemblent à des moteurs triphasés à cage d'écureuil similaires dans leur conception.

Les moteurs asynchrones monophasés diffèrent des moteurs triphasés par la disposition du stator, où un enroulement biphasé est situé dans les rainures du circuit magnétique, composé de la phase principale ou de travail avec une zone de phase de 120 el. grêle et conduit aux bornes marquées C1 et C2, et une phase auxiliaire ou de démarrage avec une zone de phase de 60 el. grêle et mène aux terminaux marqués B1 et B2 (Fig. 1).

Les axes magnétiques de ces phases d'enroulement sont décalés l'un par rapport à l'autre d'un angle 0 = 90 el. grêle. Une phase de travail connectée au réseau de tension alternative ne peut pas faire tourner le rotor, car son courant excite un champ magnétique alternatif d'axe de symétrie fixe, caractérisé par une induction magnétique évoluant harmoniquement dans le temps.

Riz. 1. Schéma électrique d'un moteur à induction monophasé à rotor à cage d'écureuil.

Ce champ peut être représenté par deux composants - des champs magnétiques circulaires identiques de séquence directe et inverse, tournant avec des inductions magnétiques, tournant dans des directions opposées à la même vitesse. Cependant, lorsque le rotor est pré-accéléré dans le sens requis, il continue à tourner dans le même sens lorsque la phase de travail est activée.

Pour cette raison, le démarrage d'un moteur monophasé commence par accélérer le rotor en appuyant sur le bouton de démarrage, provoquant l'excitation de courants dans les deux phases de l'enroulement du stator, qui sont déphasés d'une quantité dépendant des paramètres du dispositif de déphasage Z, réalisé sous la forme d'une résistance, d'une inductance ou d'un condensateur, et des éléments de circuit électrique comprenant les phases de fonctionnement et de démarrage de l'enroulement du stator. Ces courants provoquent un champ magnétique tournant dans la machine avec induction magnétique dans l'entrefer, qui change périodiquement et de manière monotone dans les valeurs maximales et minimales, et la fin de son vecteur décrit une ellipse.

Il. Le champ magnétique tournant elliptique détecte les champs électromagnétiques et les courants dans les fils de l'enroulement du rotor court-circuité, qui, en interagissant avec ce champ, assurent l'accélération du rotor du moteur monophasé dans le sens de rotation du champ, et il atteint la vitesse quasi nominale en quelques secondes.

Le relâchement du bouton de démarrage transfère le moteur électrique du mode biphasé au mode monophasé, qui est en outre soutenu par la composante correspondante du champ magnétique alternatif, qui pendant sa rotation est légèrement en avance sur le rotor en rotation en raison du glissement.

La déconnexion rapide de la phase de démarrage de l'enroulement du stator d'un moteur asynchrone monophasé du réseau électrique est nécessaire en raison de sa conception, qui prévoit un mode de fonctionnement à court terme - généralement jusqu'à 3 s, ce qui exclut son séjour prolongé sous charge en raison d'une surchauffe inacceptable, de brûlures d'isolation et de dommages .

L'augmentation de la fiabilité de fonctionnement des moteurs asynchrones monophasés est assurée par l'intégration dans le boîtier de la machine d'un interrupteur centrifuge avec des contacts d'interruption connectés aux bornes marquées VT et B2 et d'un relais thermique avec des contacts similaires ayant des bornes marquées PT et C1 (Fig. 2, c, d).

L'interrupteur centrifuge déconnecte automatiquement la phase de démarrage de l'enroulement du stator connecté aux bornes marquées B1 et B2 lorsque le rotor atteint une vitesse proche de celle nominale, et le relais thermique déconnecte les deux phases de l'enroulement du stator du réseau lorsque le chauffage est supérieur de l'autorisé.

L'inversion du sens de rotation du rotor est obtenue en changeant le sens du courant dans l'une des phases de l'enroulement du stator lors du démarrage en commutant le bouton de démarrage et en réarrangeant la plaque métallique aux bornes du moteur électrique ( Fig. 2, a, b) ou seulement en réarrangeant deux plaques similaires (Fig. 2, c, d).

Riz. 2. Marquage des bornes des phases de l'enroulement du stator d'un moteur asynchrone monophasé à rotor d'écureuil et leur connexion pour la rotation du rotor: a, c - droite, b, d - gauche.

Comparaison des caractéristiques techniques des moteurs asynchrones monophasés et triphasés

Les moteurs asynchrones monophasés diffèrent des machines triphasées de puissance nominale similaire avec un facteur de couple initial réduit kn = МХ / Mnom et un facteur de courant initial accru ki = Mi / Mnom, qui sont destinés aux moteurs électriques monophasés avec une phase initiale de l'enroulement du stator avec une résistance accrue au courant continu et une inductance inférieure de la phase de travail sont importantes kn - 1,0 - 1,5 et ki = 5 - 9.

Les caractéristiques de démarrage des moteurs asynchrones monophasés sont moins bonnes que celles des moteurs asynchrones triphasés du fait qu'un champ magnétique tournant elliptique est excité au démarrage des machines monophasées avec une phase initiale de l'enroulement du stator équivalente à deux champs magnétiques rotatifs circulaires non uniformes - directement et vice versa, provoquent un effet de freinage.

En sélectionnant les paramètres des éléments des circuits électriques de la phase de travail et de démarrage de l'enroulement statorique, il est possible d'assurer l'excitation d'un champ magnétique tournant circulaire au démarrage, ce qui est possible avec un élément déphaseur réalisé sous la forme d'un condensateur de capacité appropriée.

Comme l'accélération du rotor provoque une modification des paramètres des circuits de la machine, le champ magnétique tournant passe de circulaire à elliptique, dégradant ainsi les caractéristiques de démarrage du moteur. Par conséquent, à une vitesse nominale d'environ 0,8, la phase de démarrage de l'enroulement du stator du moteur électrique est coupée manuellement ou automatiquement, à la suite de quoi le moteur passe en fonctionnement monophasé.

Les moteurs asynchrones monophasés avec un condensateur de démarrage ont un multiple du couple de démarrage initial kp = 1,7 - 2,4 et un multiple du courant de démarrage initial ki = 3 - 5.

Moteurs asynchrones biphasés

Dans les moteurs asynchrones biphasés, les deux phases de l'enroulement du stator avec des zones de phase de 90 el. salutations sont les travailleurs. Ils sont situés dans les rainures du circuit magnétique du stator, de sorte que leurs axes magnétiques forment un angle de 90 el. grêle. Ces phases de l'enroulement du stator diffèrent les unes des autres non seulement par le nombre de tours, mais également par les tensions et courants nominaux, bien que leurs puissances totales soient les mêmes au mode nominal du moteur.

Dans l'une des phases de l'enroulement du stator, il y a un condensateur permanent Cp (Fig. 3, a) qui, dans les conditions du mode nominal du moteur, assure l'excitation d'un champ magnétique rotatif circulaire. La capacité de ce condensateur est déterminée par la formule :

° Cp = I1sinφ1 / 2πfUn2

où I1 et φ1- respectivement le courant et le déphasage entre la tension et le courant du circuit de phase de l'enroulement du stator sans condensateur dans un champ magnétique tournant circulaire, I et ti - la fréquence du courant alternatif et la tension de l'alimentation réseau, respectivement, n- coefficient de transformation - le rapport du nombre effectif de tours des phases de l'enroulement du stator, respectivement avec et sans condensateur, déterminé par la formule

n = kvol2 w2 / ktom 1 w1

où коб2 et коб1 — coefficients d'enroulement des phases correspondantes de l'enroulement du stator avec le nombre de spires w2 et w1.

La tension aux bornes du condensateur Uc connectée en série avec la phase d'enroulement d'un moteur à induction biphasé avec un champ magnétique tournant circulaire au-dessus de la tension de réseau U et est déterminée comme suit :

Uc = U √1 + n2

Le passage à une charge moteur autre que la charge nominale s'accompagne d'une modification du champ magnétique tournant qui, au lieu d'être circulaire, devient elliptique.Cela aggrave les propriétés de fonctionnement du moteur et lors du démarrage, cela réduit le Couple de démarrage à MP <0,3Mnom, limitant l'utilisation de moteurs à condensateur connectés en permanence uniquement dans les installations avec des conditions de démarrage douces.

Pour augmenter le couple initial, le condensateur de démarrage Cn est connecté en parallèle avec le condensateur de travail Cp (Fig.3, b), dont la capacité est bien supérieure à la capacité du condensateur de travail et dépend de l'ensemble du démarrage initial couple, qui peut être augmenté à deux ou plus.

Riz. 3. Schémas de mise en marche de moteurs asynchrones biphasés à rotor à cage d'écureuil: a - avec un condensateur connecté en permanence, b - avec un condensateur de fonctionnement et de démarrage.

Une fois que le rotor a accéléré à une vitesse de 0,6 à 0,7 du condensateur de démarrage nominal, il est éteint pour éviter la transition d'un champ magnétique rotatif circulaire en un champ elliptique, ce qui détériore le fonctionnement du moteur.

Le mode de démarrage de tels moteurs à condensateur est caractérisé par les paramètres suivants : kn = 1,7 — 2,4 et ki = 4 — 6.

Les moteurs à condensateurs se distinguent par de meilleures caractéristiques énergétiques que les moteurs monophasés avec un voile initial sur l'enroulement statorique, et leur facteur de puissance, grâce à l'utilisation de condensateurs, est supérieur à celui des moteurs triphasés de même puissance.

Moteurs asynchrones universels

Les installations de contrôle automatique utilisent des moteurs asynchrones universels-machines triphasées de faible puissance, qui sont connectées à un réseau triphasé ou monophasé. Lorsqu'ils sont alimentés à partir d'un réseau monophasé, les caractéristiques de démarrage et de fonctionnement des moteurs sont légèrement pires que lorsqu'ils sont utilisés en mode triphasé.

Les moteurs asynchrones universels de la série UAD sont produits avec deux et quatre pôles, qui en mode triphasé ont une puissance nominale de 1,5 à 70 W, et en mode monophasé - de 1 à 55 W et fonctionnent à partir d'un courant alternatif réseau de tension avec une fréquence de 50 Hz avec un rendement η= 0,09 — 0,65.

Moteurs asynchrones monophasés à pôles ombrés ou ombrés

Dans les moteurs à induction monophasés à pôles dédoublés ou ombrés, chaque pôle est divisé par une gorge profonde en deux parties inégales et porte un enroulement monophasé couvrant tout le circuit magnétique du pôle et des spires court-circuitées situées sur sa plus petite partie.

Le rotor de ces moteurs a un enroulement de court-circuit. L'inclusion de l'enroulement du stator à une tension sinusoïdale s'accompagne de l'établissement d'un courant dans celui-ci et de l'excitation d'un champ magnétique alternatif avec un axe de symétrie fixe, qui induit la force électromotrice et les courants correspondants dans les boucles court-circuitées.

Sous l'influence des courants de court-circuit, les m.d.s correspondants excitent un champ magnétique, ce qui empêche le renforcement et l'affaiblissement du champ magnétique principal dans les pôles fréquents blindés. Les champs magnétiques des parties blindées et non blindées des pôles sont déphasés dans le temps et, décalés dans l'espace, forment le champ magnétique rotatif elliptique résultant se déplaçant dans la direction allant de l'axe magnétique de la partie non blindée du pôle à l'axe magnétique de sa partie blindée.

L'interaction de ce champ avec les courants induits dans l'enroulement du rotor provoque l'apparition du couple initial Mn = (0,2 — 0,6) Mnom et l'accélération du rotor à la vitesse nominale, si le couple de freinage appliqué à l'arbre moteur ne doit pas dépasser le couple de démarrage.

Pour augmenter le démarrage initial et les couples maximaux des moteurs asynchrones monophasés à pôles divisés ou ombrés, des shunts magnétiques en tôle d'acier sont placés entre leurs pôles, ce qui rapproche le champ magnétique tournant de la circulaire.

Les moteurs à pôles ombrés sont des dispositifs non réversibles qui permettent des démarrages fréquents, des arrêts brusques et peuvent être retardés pendant une longue période. Ils sont fabriqués avec une puissance nominale bipolaire et tétrapolaire de 0,5 à 30 W et avec une conception améliorée jusqu'à 300 W pour un fonctionnement à partir d'un réseau à tension alternative avec une fréquence de 50 Hz avec un rendement de ηnom = 0,20 - 0,40.
Lire aussi : Selsyns: but, dispositif, principe d'action