Moteurs exécutifs asynchrones

Les moteurs d'actionneurs asynchrones sont utilisés dans les systèmes de contrôle automatique pour contrôler et réguler divers dispositifs.

Les moteurs d'actionneurs asynchrones commencent à fonctionner lorsqu'ils reçoivent un signal électrique, qu'ils convertissent en un certain angle de rotation de l'arbre ou sa rotation. La suppression du signal entraîne une transition immédiate du rotor du moteur en marche vers un état stationnaire sans l'utilisation de dispositifs de freinage. Le fonctionnement de tels moteurs se poursuit tout le temps dans des conditions transitoires, de sorte que la fréquence de rotation du rotor n'atteint souvent pas une valeur stationnaire avec un signal court. Les démarrages, changements de direction et arrêts fréquents y contribuent également.

De par leur conception, les moteurs exécutifs sont des machines asynchrones avec un enroulement de stator biphasé, conçu pour que les axes magnétiques de ses deux phases soient déplacés dans l'espace l'un par rapport à l'autre, et non à un angle de 90 degrés.

L'une des phases de l'enroulement du stator est l'enroulement de champ et a des fils vers les bornes étiquetées C1 et C2.L'autre, agissant comme une bobine de commande, a des fils connectés aux bornes étiquetées U1 et U2.

Les deux phases de l'enroulement du stator sont alimentées par des tensions alternatives correspondantes de même fréquence. Ainsi, le circuit de la bobine d'excitation est connecté au réseau d'alimentation avec une tension constante U, et un signal est fourni au circuit de la bobine de commande sous la forme d'une tension de commande Uy (Fig.1, a, b, c).

Riz. 1. Schémas d'activation des moteurs exécutifs asynchrones pendant le contrôle: a - amplitude, b - phase, c - phase d'amplitude.

En conséquence, des courants correspondants apparaissent dans les deux phases de l'enroulement du stator, qui, en raison des éléments de déphasage inclus sous la forme de condensateurs ou d'un régulateur de phase, sont décalés les uns par rapport aux autres dans le temps, ce qui conduit à l'excitation de un champ magnétique rotatif elliptique, qui comprend le rotor à cage d'écureuil.

Lors du changement des modes de fonctionnement du moteur, le champ magnétique tournant elliptique dans des cas limites devient alterné avec un axe de symétrie fixe ou une rotation circulaire, ce qui affecte les propriétés du moteur.

Le démarrage, la régulation de la vitesse et l'arrêt des moteurs exécutifs sont déterminés par les conditions de formation du champ magnétique au moyen d'un contrôle d'amplitude, de phase et d'amplitude-phase.

En commande d'amplitude, la tension U aux bornes de la bobine d'excitation est maintenue inchangée et seule l'amplitude de la tension Uy change. Le déphasage entre ces tensions, grâce au condensateur déconnecté, est de 90 ° (Fig. 1, a).

Le contrôle de phase est caractérisé par le fait que les tensions U et Uy restent inchangées et que le déphasage entre elles est ajusté en faisant tourner le rotor du régulateur de phase (Fig. 1, b).

Avec le contrôle amplitude-phase, bien que seule l'amplitude de la tension Uy soit régulée, mais en même temps, en raison de la présence d'un condensateur dans le circuit d'excitation et de l'interaction électromagnétique des phases de l'enroulement du stator, il y a une simultanéité changement de phase de la tension aux bornes de l'enroulement pour l'excitation et le déphasage entre cette tension et la tension aux bornes de la bobine de commande (Fig. 1, c).

Parfois, en plus du condensateur dans le circuit d'enroulement de champ, un condensateur dans le circuit d'enroulement de commande est fourni, ce qui compense la force de magnétisation réactive, réduit les pertes d'énergie et améliore les caractéristiques mécaniques du moteur à induction.

En contrôle d'amplitude, un champ magnétique tournant circulaire est observé à un signal nominal quelle que soit la vitesse du rotor, et lorsqu'il diminue, il devient elliptique.Dans le cas du contrôle de phase, un champ magnétique tournant circulaire n'est excité qu'avec un signal nominal et un déphasage entre les tensions U et Uy, égal à 90° quelle que soit la vitesse du rotor, et avec un déphasage différent devient elliptique. Dans le contrôle amplitude-phase, un champ magnétique rotatif circulaire existe dans un seul mode - à un signal nominal au moment du démarrage du moteur, puis, lorsque le rotor accélère, il devient elliptique.

Dans toutes les méthodes de contrôle, la vitesse du rotor est contrôlée en modifiant la nature du champ magnétique tournant et le sens de rotation du rotor est modifié en modifiant la phase de la tension appliquée aux bornes de la bobine de commande de 180 ° .

Des exigences spécifiques sont imposées aux moteurs exécutifs asynchrones en termes de manque de puissance automotrice offrant une large gamme de contrôle de la vitesse du rotor, de la vitesse, de la grande couple de démarrage et une faible puissance de commande avec une relative conservation de la linéarité de leurs caractéristiques.

Les moteurs exécutifs asynchrones automoteurs se manifestent sous la forme d'une rotation spontanée du rotor en l'absence de signal de commande. Elle est causée soit par une résistance active insuffisamment importante de l'enroulement du rotor - méthodiquement autopropulsé, soit par de mauvaises performances du moteur lui-même - technologiquement autopropulsé.

Le premier est éliminé dans la conception des moteurs, qui prévoit la production d'un rotor avec une résistance d'enroulement accrue et un glissement critique scr = 2 - 4, qui, en outre, offre une large plage stable de contrôle de la vitesse du rotor, et le second - production de haute qualité de circuits magnétiques et de bobines de machine avec un assemblage soigné.

Étant donné que les moteurs exécutifs asynchrones à rotor court-circuité à résistance active accrue se caractérisent par une faible vitesse caractérisée par une constante de temps électromécanique - le moment où le rotor prend de la vitesse de zéro à la moitié de la vitesse synchrone - Tm = 0,2 - 1,5 s , alors dans les installations automatiques, la préférence pour le contrôle est donnée aux moteurs exécutifs à rotor amagnétique creux, dans lesquels la constante de temps électromécanique a une valeur inférieure - Tm = 0,01 - 0,15 s.

Les moteurs exécutifs à induction à rotor non magnétique creux à grande vitesse ont à la fois un stator externe avec un circuit magnétique de construction conventionnelle et un enroulement biphasé avec des phases agissant comme enroulements d'excitation et de commande, et un stator interne sous la forme d'un creux ferromagnétique laminé cylindre monté sur le flasque-palier du moteur.

Les surfaces des stators sont séparées par un entrefer qui, dans le sens radial, a une taille de 0,4 à 1,5 mm. Dans l'entrefer, il y a un verre en alliage d'aluminium d'une épaisseur de paroi de 0,2 à 1 mm, fixé sur l'arbre du moteur. Le courant de ralenti des moteurs asynchrones à rotor non magnétique creux est important et atteint 0,9 Aznom, et le rendement nominal = 0,2 - 0,4.

Dans les installations d'automatisation et de télémécanique, des moteurs à rotor ferromagnétique creux d'une épaisseur de paroi de 0,5 à 3 mm sont utilisés. Dans ces machines, utilisées comme moteurs exécutifs et auxiliaires, il n'y a pas de stator interne et le rotor est monté sur des bouchons métalliques à une ou deux extrémités.

L'entrefer entre les surfaces du stator et du rotor dans le sens radial n'est que de 0,2 à 0,3 mm.

Les caractéristiques mécaniques des moteurs à rotor ferromagnétique creux sont plus proches de la linéaire que les caractéristiques des moteurs à rotor court-circuit classique, ainsi qu'à rotor réalisé sous la forme d'un cylindre amagnétique creux.

Parfois, la surface extérieure d'un rotor ferromagnétique creux est recouverte d'une couche de cuivre d'une épaisseur de 0,05 à 0,10 mm et ses surfaces d'extrémité d'une couche de cuivre jusqu'à 1 mm pour augmenter la puissance nominale et le couple du moteur, mais son efficacité diminue quelque peu.

Un inconvénient important des moteurs à rotor ferromagnétique creux est le collage unilatéral du rotor au circuit magnétique du stator en raison de l'inégalité de l'entrefer, ce qui ne se produit pas dans les machines à rotor non magnétique creux. Les moteurs à rotor ferromagnétique creux ne sont pas automoteurs ; ils fonctionnent de manière stable sur la plage de vitesse allant de zéro à la vitesse de rotor synchrone.

Les moteurs exécutifs asynchrones à rotor ferromagnétique massif, réalisés sous la forme d'un cylindre en acier ou en fonte sans enroulement, se distinguent par leur simplicité de conception, leur haute résistance, leur couple de démarrage élevé, leur stabilité de fonctionnement à une vitesse donnée et peuvent être utilisé à très hautes révolutions sur le rotor.

Il existe des moteurs inversés avec un rotor ferromagnétique massif, qui se présente sous la forme d'une pièce rotative externe.

Les moteurs exécutifs asynchrones sont produits pour une puissance nominale allant de fractions à plusieurs centaines de watts et sont conçus pour être alimentés par des sources de tension variables avec une fréquence de 50 Hz, ainsi qu'avec des fréquences augmentées jusqu'à 1000 Hz et plus.
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