Lors de la construction de modèles d'entraînement électrique automatisé, il est nécessaire de prendre en compte la complexité des processus électromécaniques se produisant dans le moteur pendant son fonctionnement. Les résultats obtenus lors du calcul mathématique doivent être vérifiés empiriquement. Il est donc nécessaire de déterminer les caractéristiques des moteurs électriques au cours d’une expérience à grande échelle. Les informations obtenues au cours d'une telle expérience permettent de tester le modèle mathématique construit. L'article considère une méthode de construction des caractéristiques mécaniques d'un moteur asynchrone à rotor à cage d'écureuil, une vérification expérimentale des caractéristiques mécaniques calculées est réalisée sur l'exemple d'un système constitué d'un moteur asynchrone, à l'arbre duquel un Le moteur à courant continu à excitation indépendante est connecté en tant que charge, l'erreur de calcul est estimée et une conclusion est tirée sur la possibilité d'utiliser les résultats obtenus pour des recherches ultérieures. Lors de l'expérimentation, le support de laboratoire NTC-13.00.000 est utilisé.
moteur asynchrone
docteur moteur
caractéristique mécanique
Circuit équivalent
saturation du système magnétique.
1. Voronin S. G. Entraînement électrique des avions : Complexe pédagogique et méthodologique. - Version hors ligne 1.0. - Tcheliabinsk, 1995-2011.- ill. 493, liste allumée. - 26 titres
2. Moskalenko VV Electric drive : manuel pour les étudiants. plus haut cahier de texte établissements. - M. : Centre d'édition « Académie », 2007. - 368 p.
3. Moshinsky Yu. A., Bespalov V. Ya., Kiryakin A. A. Détermination des paramètres du circuit équivalent d'une machine asynchrone selon les données du catalogue // Électricité. - N° 4/98. - 1998. - Art. 38-42.
4. Catalogue technique, deuxième édition, corrigée et complétée / Vladimir Electric Motor Plant. - 74 p.
5. Principes fondamentaux, types et applications des moteurs et entraînements électriques Austin Hughes. - Troisième édition / École d'ingénierie électronique et électrique, Université de Leeds. - 2006. - 431 roubles.
Introduction
Le moteur asynchrone (IM) est un moteur électrique qui a trouvé une très large application dans diverses industries et dans l'agriculture. HELL avec un rotor à cage d'écureuil présente des caractéristiques qui le rendent largement utilisé : facilité de fabrication, ce qui signifie un faible coût initial et une grande fiabilité ; une efficacité élevée associée à de faibles coûts de maintenance se traduisent par de faibles coûts d'exploitation globaux ; la possibilité de travailler directement à partir du secteur AC.
Modes de fonctionnement d'un moteur électrique asynchrone
Les moteurs à cage d'écureuil sont des machines asynchrones dont la vitesse dépend de la fréquence de la tension d'alimentation, du nombre de paires de pôles et de la charge sur l'arbre. En règle générale, tout en maintenant une tension et une fréquence d'alimentation constantes, si le changement de température est ignoré, le couple sur l'arbre dépendra du glissement.
Le couple de la pression artérielle peut être déterminé par la formule de Kloss :
où , - moment critique, - glissement critique.
En plus du mode moteur, un moteur asynchrone dispose de trois autres modes de freinage : a) freinage du générateur avec sortie d'énergie vers le réseau ; b) freinage par contre-inclusion ; c) freinage dynamique.
Avec un glissement positif, la machine à cage d'écureuil agira comme un moteur, avec un glissement négatif, comme un générateur. Il s'ensuit que le courant d'induit d'un moteur à cage d'écureuil ne dépendra que du glissement. Lorsque la machine atteint la vitesse synchrone, le courant sera minime.
Le freinage du générateur de l'IM avec transfert d'énergie vers le réseau se produit à une vitesse du rotor supérieure à celle synchrone. Dans ce mode, le moteur électrique donne de l'énergie active au réseau, et l'énergie réactive nécessaire pour créer un champ électromagnétique vient du réseau vers le moteur électrique.
La caractéristique mécanique du mode générateur est une continuation de la caractéristique du mode moteur dans le deuxième quadrant des axes de coordonnées.
Le freinage par courant inverse correspond au sens de rotation du champ magnétique statorique, opposé à la rotation du rotor. Dans ce mode, le glissement est supérieur à un et la vitesse de rotation du rotor par rapport à la fréquence de rotation du champ statorique est négative. Le courant dans le rotor, et donc dans le stator, atteint une valeur importante. Pour limiter ce courant, une résistance supplémentaire est introduite dans le circuit rotorique.
Le mode de freinage inverse se produit lorsque le sens de rotation du champ magnétique du stator change, tandis que le rotor du moteur électrique et les mécanismes qui y sont connectés continuent de tourner par inertie. Ce mode est également possible dans le cas où le champ statorique ne change pas le sens de rotation, et le rotor change le sens de rotation sous l'action d'un couple externe.
Dans cet article, nous considérons la construction des caractéristiques mécaniques d'un moteur asynchrone en mode moteur.
Construire une caractéristique mécanique à l'aide d'un modèle
Données du passeport AD DMT f 011-6u1 : Uf =220 - tension de phase nominale, V ; p=3 - nombre de paires de pôles d'enroulement ; n=880 - vitesse de rotation nominale, tr/min ; Pн=1400 - puissance nominale, W ; In=5,3 - courant nominal du rotor, A ; η = 0,615 - efficacité nominale, % ; cosφ = 0,65 - cos(φ) nominal ; J=0,021 - moment d'inertie du rotor, kg m 2 ; Ki = 5,25 - la multiplicité du courant de démarrage ; Kp = 2,36 - la multiplicité du couple de démarrage ; Km = 2,68 - la multiplicité du moment critique.
Pour étudier les conditions de fonctionnement des moteurs asynchrones, on utilise des caractéristiques de fonctionnement et mécaniques déterminées expérimentalement ou calculées sur la base du circuit équivalent (SZ). Pour utiliser SZ (Fig. 1), vous devez connaître ses paramètres :
- R 1 , R 2 ", R M - résistance active des phases du stator, du rotor et de la branche de magnétisation ;
- X 1 , X 2", X M - résistances inductives de fuite des phases statoriques du rotor et de la branche de magnétisation.
Ces paramètres sont nécessaires pour déterminer les courants de démarrage lors du choix des démarreurs et des contacteurs magnétiques, lors de la protection contre les surcharges, pour réguler et ajuster le système de contrôle de l'entraînement électrique, pour simuler les transitoires. De plus, ils sont nécessaires pour calculer le mode de démarrage de l'IM, déterminer les caractéristiques d'un générateur asynchrone, ainsi que lors de la conception de machines asynchrones afin de comparer les paramètres initiaux et de conception.
Riz. 1. Le circuit équivalent d'un moteur asynchrone
Nous utiliserons la méthode de calcul des paramètres du circuit équivalent pour déterminer les résistances actives et réactives des phases statoriques et rotoriques. Les valeurs de rendement et de facteur de puissance à charges partielles nécessaires aux calculs sont données dans le catalogue technique : pf = 0,5 - facteur de charge partielle, % ; Ppf = Pn pf - puissance à charge partielle, W ; η _pf = 0,56 - efficacité à charge partielle, % ; cosφ_pf = 0,4 - cos(φ) à charge partielle.
Valeurs de résistance dans le circuit équivalent : X 1 =4,58 - réactance statorique, Ohm ; X 2 "=6,33 - réactance du rotor, Ohm ; R 1 = 3,32 - résistance active du stator, Ohm ; R 2" = 6,77 - résistance active du rotor, Ohm.
Construisons la caractéristique mécanique d'un moteur asynchrone selon la formule de Kloss (1).
Le bordereau est déterminé à partir d'une expression de la forme :
où est la vitesse de rotation du rotor IM, rad/s,
vitesse de rotation synchrone :
Vitesse critique du rotor :
. (4)
Glissement critique :
Le moment critique est déterminé à partir de l'expression
Le couple de démarrage est déterminé par la formule de Kloss pour s=1 :
. (7)
Sur la base des calculs effectués, nous construisons la caractéristique mécanique du IM (Fig. 4). Pour le tester en pratique, nous allons mener une expérience.
Construction d'une caractéristique mécanique expérimentale
Lors de l'expérimentation, le stand de laboratoire NTC-13.00.000 "Electroprivod" est utilisé. Il existe un système constitué d'un moteur à induction, à l'arbre duquel un moteur à courant continu (moteur à courant continu) à excitation indépendante est connecté en tant que charge. Il est nécessaire de construire une caractéristique mécanique d'un moteur asynchrone en utilisant les données du passeport des machines asynchrones et synchrones et les relevés des capteurs. Nous avons la possibilité de modifier la tension de l'enroulement d'excitation DCT, de mesurer les courants à l'induit d'un moteur synchrone et asynchrone et la vitesse de l'arbre. Connectons l'AD à la source d'alimentation et chargeons-le en modifiant le courant de l'enroulement d'excitation DCT. Après avoir réalisé l'expérience, nous établirons un tableau de valeursà partir des relevés des capteurs :
Tableau 1 Lectures de capteurs sous charge d'un moteur asynchrone
où Iv est le courant d'enroulement d'excitation du moteur à courant continu, I i est le courant d'induit du moteur à courant continu, Ω est la vitesse du rotor du moteur à induction, I 2 est le courant du rotor du moteur à induction.
Données du passeport de la machine synchrone type 2P H90L UHL4 : Pн=0,55 - puissance nominale, kW ; Unom=220 - tension nominale, V ; Uin.nom=220 - tension d'excitation nominale, V ; Iya.nom=3,32 - courant d'induit nominal, A ; Iv.nom=400 - courant d'excitation nominal, mA ; Rya=16,4 - résistance d'induit, Ohm ; nн=1500 - vitesse de rotation nominale, tr/min ; Jdv=0,005 - moment d'inertie, kg m 2 ; 2p p =4 - le nombre de paires de pôles ; 2a=2 - le nombre de branches parallèles de l'enroulement d'induit ; N=120 - le nombre de conducteurs actifs de l'enroulement d'induit.
Le courant entre dans le rotor DCT par un balai, traverse tous les tours de l'enroulement du rotor et sort par un autre balai. Le point de contact de l'enroulement du stator avec l'enroulement du rotor se fait à travers la plaque du collecteur ou les segments sur lesquels le balai appuie à ce moment-là (le balai est généralement plus large qu'un segment). Étant donné que chaque spire individuelle de l'enroulement du rotor est interconnectée avec un segment de collecteur, le courant traverse en réalité toutes les spires et toutes les plaques collectrices lors de son passage à travers le rotor.
Riz. 2. Courants circulant dans le rotor d'un moteur à courant continu à deux pôles
La figure 2 montre que tous les conducteurs situés au pôle N ont une charge positive, tandis que tous les conducteurs situés sous le pôle S portent une charge négative. Par conséquent, tous les conducteurs sous le pôle N recevront une force descendante (qui est proportionnelle à la densité de flux radial B et au courant du rotor), tandis que tous les conducteurs sous le pôle S recevront une force ascendante égale. En conséquence, un couple est créé sur le rotor, dont l'ampleur est proportionnelle au produit de la densité de flux magnétique et du courant. En pratique, la densité de flux magnétique ne sera pas parfaitement uniforme sous le pôle, donc la force exercée sur certains conducteurs du rotor sera plus grande que sur d’autres. Le moment total se développant sur l'arbre sera égal à :
M = KT FI, (8)
où Ф est le flux magnétique total, le coefficient K T est constant pour un moteur donné.
Conformément à la formule (8), la régulation (limitation) du moment peut être réalisée en modifiant le courant I ou le flux magnétique F. En pratique, la régulation du moment s'effectue le plus souvent en régulant le courant. Le courant du moteur est régulé par son système de contrôle (ou son opérateur) en modifiant la tension fournie au moteur à l'aide de convertisseurs de puissance ou en incluant des résistances supplémentaires dans ses circuits.
Calculez la constante de conception du moteur, qui est incluse dans l'équation (8) :
. (9)
Établissons la relation entre le flux du moteur et le courant de l'enroulement de champ. Comme le montre la théorie des machines électriques, en raison de l'influence de la saturation du système magnétique, cette relation est non linéaire et a la forme représentée sur la figure 3. Afin de mieux utiliser le fer, la machine est conçue de manière à qu'en mode nominal le point de fonctionnement se situe à l'inflexion de la courbe d'aimantation. Prenons l'amplitude du flux magnétique proportionnelle au courant d'excitation.
Фpr.=Iв, (10)
où Iv est le courant d'excitation.
Ф - valeur réelle du débit ; Ф pr. - la valeur du débit acceptée pour les calculs
Riz. 3. Le rapport des valeurs du flux magnétique, acceptées et réelles
Étant donné que l'IM et le DPT dans l'expérience ont un arbre commun, nous pouvons calculer le moment créé par le DPT et, sur la base des valeurs obtenues et des lectures du capteur de vitesse, construire une caractéristique mécanique expérimentale de l'IM (Figure 4 ).
Figure 4. Caractéristiques mécaniques d'un moteur à induction : calculées et expérimentales
La caractéristique expérimentale obtenue dans la région des valeurs faibles du moment est située en dessous de la caractéristique calculée théoriquement et au-dessus - dans la région des valeurs élevées. Un tel écart est associé à la différence entre les valeurs acceptées pour les calculs et les valeurs réelles du flux magnétique (Fig. 3). Les deux graphiques se croisent en Фpr.=Iв. nom.
Nous introduisons une correction dans les calculs en établissant une dépendance non linéaire (Fig. 5) :
Ф=а·Iв, (11)
où a est le coefficient de non-linéarité.
Riz. 5. Rapport entre le flux magnétique et le courant d'excitation
La caractéristique expérimentale résultante prendra la forme montrée sur la Fig. 6.
Fig.6. Caractéristiques mécaniques d'un moteur à induction : calculées et expérimentales
Calculons l'erreur des données expérimentales obtenues pour le cas où le flux magnétique dépend linéairement du courant d'excitation (10) et le cas où cette dépendance est non linéaire (11). Dans le premier cas, l'erreur totale est de 3,81 %, dans le second de 1,62 %.
Conclusion
La caractéristique mécanique construite selon les données expérimentales diffère de la caractéristique construite à l'aide de la formule de Kloss (1) en raison de l'hypothèse acceptée Фpr.=Iв, l'écart est de 3,81 %, avec Iв=Iв.nom.=0,4 (А) ces spécifications correspondre. Lorsque Ib atteint la valeur nominale, une saturation du système magnétique DCT se produit, de sorte qu'une nouvelle augmentation du courant d'excitation a de moins en moins d'effet sur la valeur du flux magnétique. Par conséquent, afin d'obtenir des valeurs de couple plus précises, il est nécessaire d'introduire un facteur de saturation, qui permet d'augmenter la précision du calcul de 2,3 fois. La caractéristique mécanique, construite par modélisation, reflète de manière adéquate le fonctionnement d'un moteur réel, elle peut servir de base à des recherches ultérieures.
Réviseurs:
- Pyukke Georgy Alexandrovich, docteur en sciences techniques, professeur du Département des systèmes de contrôle du KamchatSTU, Petropavlovsk-Kamchatsky.
- Potapov Vadim Vadimovich, docteur en sciences techniques, professeur de la branche de l'Université fédérale d'Extrême-Orient, Petropavlovsk-Kamchatsky.
Lien bibliographique
Likhodedov A.D. CONSTRUCTION DES CARACTÉRISTIQUES MÉCANIQUES DU MOTEUR ASYNCHRONE ET SON APPROBATION // Problèmes modernes de la science et de l'éducation. - 2012. - N°5.;URL : http://science-education.ru/ru/article/view?id=6988 (date d'accès : 01.02.2020). Nous portons à votre connaissance les revues publiées par la maison d'édition "Académie d'Histoire Naturelle"
Les moteurs électriques les plus courants dans l’industrie, l’agriculture et toutes les autres applications sont les moteurs à induction. On peut dire que les moteurs à induction à cage d'écureuil sont le principal moyen de convertir l'énergie électrique en énergie mécanique. Le principe de fonctionnement d'un moteur à induction a été abordé aux § 1.2 et 6.1.
Le champ électromagnétique du stator tourne dans l'entrefer de la machine à une vitesse co = 2 nf( /rp. À une fréquence standard de 50 Hz, la vitesse nominale du rotor dépend du nombre de paires de pôles rp(Tableau 6.1).
Tableau 6.1
La dépendance de la vitesse de rotation des moteurs asynchrones sur le nombre de paires
poteaux
|
Nombre de paires de pôles rp |
La vitesse angulaire du champ électromagnétique du stator coq. 1/s |
Régime moteur, tr/min |
|
|
rotation synchrone l 0 |
exemplaire nominal |
||
Selon la conception du rotor d'un moteur asynchrone, les moteurs asynchrones se distinguent par phase Et rotor à cage d'écureuil. Dans les moteurs à rotor de phase, un enroulement distribué triphasé est situé sur le rotor, généralement connecté à une étoile, les extrémités des enroulements sont reliées à des bagues collectrices, à travers lesquelles les circuits électriques du rotor sont retirés de la machine pour connexion aux résistances de démarrage, suivie d'un court-circuit des enroulements. Dans les moteurs à cage d'écureuil, le bobinage est réalisé sous la forme cage à écureuil - tiges court-circuitées des deux côtés avec des anneaux. Malgré sa conception spécifique, la cage d'écureuil peut également être considérée comme un enroulement triphasé en court-circuit.
Moment électromagnétique M dans un moteur asynchrone est créé en raison de l'interaction du champ magnétique tournant du stator Ф avec la composante active du courant du rotor :
Où À - constante constructive.
Le courant du rotor est dû à l'EMF E2, qui est induit dans les enroulements du rotor par un champ magnétique tournant. Lorsque le rotor est à l'arrêt, le moteur asynchrone est un transformateur triphasé dont les enroulements sont en court-circuit ou chargés en résistance de démarrage. La FEM qui se produit lorsque le rotor est stationnaire dans ses enroulements est appelée CEM de phase nominale rotor E 2n. Cette force électromotrice est approximativement égale à la tension de phase du stator divisée par le rapport de transformation à t :
Lorsque le moteur tourne, la FEM du rotor E2 et la fréquence de cette FEM (et donc la fréquence du courant dans les enroulements du rotor) ^ dépendent de la fréquence du champ tournant traversant les conducteurs de l'enroulement du rotor (dans un moteur à cage d'écureuil - tiges). Cette fréquence est déterminée par la différence des vitesses du champ statorique w et du rotor w, appelée glissement absolu:
Lors de l'analyse des modes de fonctionnement d'un moteur asynchrone avec une fréquence constante de la tension d'alimentation (50 Hz), la valeur de glissement relatif est généralement utilisée
Lorsque le rotor du moteur est à l'arrêt, s= 1. La FEM la plus élevée du rotor lors du fonctionnement en mode moteur sera celle d'un rotor stationnaire ( E 2n), à mesure que la vitesse augmente (le glissement diminue), la FEM E2 diminuera:
De même, la fréquence de la FEM et le courant rotorique / 2 avec un rotor stationnaire sera égale à la fréquence du courant statorique /, et à mesure que la vitesse augmente, elle diminuera proportionnellement au glissement :
En mode nominal, la vitesse du rotor diffère légèrement de la vitesse du champ et le glissement nominal pour les moteurs à usage général d'une puissance de 1,5 ... 200,0 kW n'est que de 2 ... 3 %, et pour les moteurs de puissance supérieure, environ 1%. En conséquence, en mode nominal, la FEM du rotor est de 1 ... 3% de la valeur nominale de cette FEM à 5 \u003d 1. La fréquence du courant du rotor en mode nominal ne sera que de 0,5 ... 1,5 Hz. À 5 = 0, lorsque la vitesse du rotor est égale à la vitesse du champ, la FEM du rotor E2 et le courant rotor/2 sera nul, le couple moteur sera également nul. Ce mode est mode veille idéal.
La dépendance de la fréquence EMF et du courant du rotor sur le glissement détermine le caractère unique des caractéristiques mécaniques d'un moteur à induction.
Fonctionnement d'un moteur asynchrone à rotor de phase dont les enroulements sont court-circuités. Comme le montre (6.16), le couple moteur est proportionnel au flux Ф et à la composante active du courant rotorique / 2 "a, réduit au stator. Le flux créé par les enroulements dépend de la valeur et de la fréquence de la tension d'alimentation
Le courant du rotor est
où Z 2 est l'impédance de la phase de l'enroulement du rotor.
Il faut garder à l'esprit que la résistance inductive de l'enroulement rotorique x 2 est une valeur variable qui dépend de la fréquence du courant rotorique, et donc du glissement : x 2 = 2p 2 2 = 2k t 2.
Avec un rotor stationnaire à s= 1 résistance inductive de l'enroulement du rotor est maximale. À mesure que la vitesse augmente (le glissement diminue), la réactance inductive du rotor x2 diminue et, une fois la vitesse nominale atteinte, ne représente que 1 ... 3% de la résistance à 5 \u003d 1. Désignant x 2s = l = x 2n, on a
Apportons les paramètres du circuit rotorique à l'enroulement du stator, en tenant compte du rapport de transformation et sur la base de la conservation
égalité de pouvoir :
Et la composante active du courant rotorique a la forme :
Diviser le numérateur et le dénominateur de la formule (6.26) par s, on a
Opération mathématique effectuée - diviser le numérateur et le dénominateur par s, bien sûr, ne change pas la validité de l'égalité (6.29), mais est de nature formelle, qui doit être prise en compte lors de l'examen de cette relation. En fait, comme il ressort de la formule originale (6.26), le glissement dépend de la résistance inductive du rotor x2, et résistance active g2 reste constant. L'utilisation de l'expression (6.29) permet, par analogie avec un transformateur, d'établir un circuit équivalent pour un moteur asynchrone, qui est représenté sur la fig. 6.4 ,UN.
Riz. 6.4.Circuits équivalents d'un moteur asynchrone : a - circuit complet ; b - schéma avec circuit de magnétisation à distance
Pour l'analyse d'un entraînement électrique non régulé, ce schéma peut être simplifié en transférant le circuit de magnétisation aux bornes du moteur. Un circuit équivalent simplifié en forme de U est représenté sur la fig. 6.4D sur la base duquel le courant du rotor sera égal à :
Où xk = x + x "2i- réactance inductive de court-circuit. La composante active du courant rotorique, compte tenu de (6.28), sera :
En remplaçant (6.22) et (6.31) dans (6.16), nous obtenons une expression du moment d'un moteur à induction
La caractéristique mécanique naturelle d'un moteur asynchrone oz = f(M) avec un rotor de phase dont les enroulements sont court-circuités, est représenté sur la fig. 6.5. Il montre également la caractéristique électromécanique du moteur u = /(/j), déterminée à partir du diagramme vectoriel du moteur asynchrone de la fig. 6.6, je x = je + / 2 ".
Riz. À 5 heures. Caractéristiques mécaniques et électromécaniques naturelles d'un moteur à induction
Riz. V.V. Schéma vectoriel simplifié d'un moteur à induction
En supposant que le courant de magnétisation soit réactif, on obtient où 
Égaliser la dérivée dM/js= , trouver la valeur maximale du moment du moteur à induction M k \u003d Mn et la valeur de glissement critique correspondante s K :
Où sK- glissement critique ; le signe "+" signifie que cette valeur se réfère au mode moteur, le signe "-" - au mode générateur de freinage par récupération.
Compte tenu de (6.34) et (6.35), la formule des caractéristiques mécaniques (6.32) peut être transformée en une expression plus pratique à utiliser - Formule de Kloss :
Pour les moteurs d'une puissance supérieure à 15 kW, la résistance de l'enroulement du stator r est faible et à une fréquence de 50 Hz est bien moindre xk. Par conséquent, dans les expressions ci-dessus, la valeur de r peut être négligée :
D'après les formules obtenues, il est possible de calculer la caractéristique mécanique d'un moteur asynchrone, à l'aide de ses données de passeport, connaissant le couple nominal Mn, glissement nominal s h et capacité de surcharge du moteur X.
A noter que lors de l'analyse des processus électromagnétiques dans un moteur asynchrone en régime permanent, nous sommes arrivés aux mêmes relations (6.9) et (6.10), qui ont été obtenues au § 6.1 sur la base des équations différentielles d'une machine biphasée généralisée.
Analyse des caractéristiques mécaniques d'un moteur à induction (voir Fig. 6.5). Il est non linéaire et se compose de deux parties. La première - la partie active - dans la plage mobile de 0 à s K. Cette partie de la caractéristique est proche du linéaire et présente une rigidité négative. Ici, le moment développé par le moteur est approximativement proportionnel au courant statorique 1 FOIS et rotor / 2 . Puisque sur cette partie de la caractéristique s alors le deuxième terme du dénominateur dans la formule (6.39) est bien inférieur au premier et peut être négligé. Ensuite, la partie active de la caractéristique mécanique peut être représentée approximativement sous une forme linéaire, où le moment est proportionnel au glissement :
La deuxième partie de la caractéristique mécanique d'un moteur asynchrone à grands glissements sK (s>sK) curviligne, avec une valeur de rigidité positive (3. Malgré le fait que le courant du moteur augmente à mesure que le glissement augmente, le couple, au contraire, diminue. Si les enroulements du rotor d'un moteur asynchrone avec un rotor de phase dans le circuit externe sont en court-circuit -circuité, alors le courant de démarrage d'un tel moteur (avec = 0 et 5 = 1) sera très important et dépassera celui nominal de 10 à 12 fois. Dans le même temps, le couple de démarrage sera d'environ 0,4. .. 5 ... 6) / n, et le couple de démarrage (1,1 ... 1,3) A / n.
Pour expliquer cet écart entre le courant de démarrage et le couple, considérons les diagrammes vectoriels du circuit rotorique (Fig. 6.7) pour deux cas : lorsque le glissement est important (la partie de démarrage de la caractéristique) ; lorsque le glissement est petit (partie active de la caractéristique). Au démarrage, lorsque 5=1, la fréquence du courant rotorique est égale à la fréquence du secteur (f 2 = 50 Hz). Résistance inductive de l'enroulement du rotor [voir. (6.24)] est important et dépasse largement la résistance active du rotor / * 2, le courant est en retard sur la FEM du rotor d'un grand angle φ, c'est-à-dire le courant du rotor est principalement réactif. Puisque la FEM du rotor dans ce cas sera grande 2 = 2n, alors le courant de démarrage sera également très important, cependant, en raison de la petite valeur de CP 2, la composante active du courant du rotor 1 2a sera petit, par conséquent, le moment développé par le moteur sera également petit.
Lorsque le moteur accélère, le glissement diminue, la FEM du rotor, la fréquence du courant du rotor, la résistance inductive du rotor diminuent proportionnellement. En conséquence, la valeur du courant total du rotor et du stator diminue, cependant, en raison de l'augmentation de f 2, la composante active du courant rotorique augmente et le couple moteur augmente.
Lorsque le glissement du moteur diminue SK, la fréquence du courant rotorique diminuera tellement que la réactance inductive sera déjà inférieure à la réactance active, et le courant rotorique sera pratiquement actif (Fig. 6.7,6), le couple moteur sera proportionnel au courant du rotor. Ainsi, si le glissement nominal du moteur est de 5 n = 2 %, alors, par rapport aux paramètres de démarrage, la fréquence du courant du rotor diminuera de 50 fois et la résistance inductive du rotor diminuera en conséquence. Par conséquent, malgré le fait que la FEM du rotor diminuera également d'un facteur 50, elle suffira à créer le courant nominal du rotor, qui fournit le couple nominal du moteur. Ainsi, l'originalité des caractéristiques mécaniques d'un moteur asynchrone est déterminée par la dépendance de la résistance inductive du rotor au glissement.
Riz. À 7 HEURES. Schéma vectoriel du circuit rotor d'un moteur asynchrone : a - avec grand glissement : b - avec et petit glissement
Sur la base de ce qui précède, pour démarrer un moteur asynchrone avec un rotor de phase, des mesures doivent être prises pour augmenter le couple de démarrage et réduire les courants de démarrage. A cet effet, une résistance active supplémentaire est incluse dans le circuit rotorique. Comme il ressort des formules (6.34), (6.35), l'introduction d'une résistance active supplémentaire ne modifie pas le couple maximal du moteur, mais modifie uniquement la valeur
glissement critique : 
, où /? ext - réduit à
résistance supplémentaire du stator dans le circuit du rotor.
L'introduction d'une résistance active supplémentaire augmente l'impédance du circuit rotorique, en conséquence, le courant de démarrage diminue et le cp du circuit rotorique augmente, ce qui entraîne une augmentation de la composante active du courant rotorique et, par conséquent, du démarrage couple du moteur.
Habituellement, une résistance sectionnée est introduite dans le circuit rotorique d'un moteur à rotor de phase, dont les étages sont pontés par des contacteurs de démarrage. Le calcul des caractéristiques rhéostatiques de démarrage peut être effectué selon la formule (6.39), en utilisant la valeur SK, correspondant R2 b pour chaque étape de résistance de démarrage. Le circuit d'enclenchement des résistances supplémentaires et les caractéristiques mécaniques rhéostatiques correspondantes du moteur sont représentés sur la fig. 6.8. Les caractéristiques mécaniques ont un point de repos idéal commun égal à la vitesse de rotation du champ électromagnétique du stator co, et la rigidité de la partie active des caractéristiques diminue à mesure que la résistance active totale du circuit rotorique augmente (2 + /? ext).
Au démarrage du moteur, la résistance supplémentaire totale /? 1ext. En atteignant la vitesse à laquelle le couple moteur L/ se rapproche du moment résistant MS, une partie de la résistance de démarrage est shuntée par le contacteur K1, et le moteur passe à la caractéristique correspondant à la valeur de la résistance supplémentaire /? 2ext. Dans ce cas, le couple moteur est augmenté jusqu'à la valeur M2. Au fur et à mesure que le moteur accélère, le contacteur K2 court-circuite le deuxième étage de la résistance de démarrage. Après avoir fermé les contacts du contacteur de court-circuit, le moteur passe en caractéristique naturelle et fonctionnera à la vitesse correspondant au point 1.
Pour calculer les caractéristiques de démarrage, vous devez définir la valeur du couple M ( auquel les étages des résistances de démarrage sont commutés M x = 1,2MS. Valeurs de démarrage du couple M2(Fig. 6.8) sont trouvés par la formule, \u003d A /, où 
T- nombre d'étapes.
Pour calculer les étages de résistance de démarrage, on retrouve la résistance nominale du rotor R 2h = 2n.lin /\u003e / 3 2n
Résistances de marche :
Dans les moteurs asynchrones à cage d'écureuil, l'introduction d'une résistance supplémentaire dans le circuit rotorique est impossible. Cependant, le même résultat peut être obtenu en utilisant l'effet du déplacement du courant sur la surface du conducteur. L'essence de ce phénomène est la suivante. Selon la loi de l'induction électromagnétique, lorsqu'un courant alternatif traverse un conducteur, une CEM d'auto-induction y est induite, dirigée contre le courant :
La valeur de cette FEM dépend du courant JE , sa fréquence et son inductance, déterminées par les caractéristiques du milieu entourant le conducteur. Si le conducteur est dans l'air, la perméabilité magnétique du milieu est très faible et l'inductance est donc faible. L. Dans ce cas, à une fréquence de 50 Hz co = / s, l'influence de la FEM d'auto-induction est insignifiante. Une autre chose est lorsque le conducteur est placé dans le corps du circuit magnétique. Ensuite, l'inductance augmente plusieurs fois et la FEM d'auto-induction, dirigée contre le courant, joue le rôle d'une résistance inductive qui empêche le courant de circuler.
Riz. À 9H. La conception du rotor d'un moteur asynchrone à cage d'écureuil : UN- avec une rainure profonde ; b - avec une double cage ; V- diagramme expliquant l'effet du déplacement du courant
Considérons la manifestation de l'action de la FEM d'auto-induction dans le cas d'un conducteur (tige d'enroulement du rotor) placé dans une rainure profonde du circuit magnétique du rotor du moteur (Fig. 6.9 ,UN). Nous divisons conditionnellement la section de la tige en trois parties reliées en parallèle. Le courant circulant dans la partie inférieure de la tige forme un flux Ф dont les lignes de force magnétiques sont fermées le long du circuit magnétique. Dans cette partie du conducteur, une grande CEM d'auto-induction se produit eLV courant contraire 1 2 ans
Courant / 23 (Fig. 6.9, V), circulant le long de la partie supérieure de la tige de l'enroulement du rotor forme un flux Ф 3, mais comme les lignes de force de ce flux sont fermées dans l'air sur une partie importante de leur longueur, le flux Ф 3 sera bien inférieur au flux F. D'où le FEM e 1b sera plusieurs fois inférieur à eLV
La distribution spécifiée de la FEM d'auto-induction le long de la hauteur de la tige est typique du mode où la fréquence du courant du rotor est élevée - proche de 50 Hz. Dans ce cas, puisque les trois parties de la barre du rotor sont connectées en parallèle (voir Fig. 6.9, V), alors le courant du rotor / 2 ira le long de la partie supérieure de la tige, là où il y a moins de force contre-électromotrice e L. Ce phénomène est appelé déplacement du courant vers la surface de la rainure. Dans ce cas, la section efficace de la tige à travers laquelle circule le courant sera plusieurs fois inférieure à la section totale de la tige de l'enroulement du rotor. Ainsi, la résistance active du rotor augmente g2. Notez que puisque la FEM d'auto-induction dépend de la fréquence du courant (c'est-à-dire du glissement), alors la résistance g2 Et x2 sont des fonctions de glissement.
Au démarrage, lorsque le glissement est important, la résistance r 2 augmente (une résistance supplémentaire est en quelque sorte introduite dans le circuit du rotor). À mesure que le moteur accélère, le glissement du moteur diminue, l'effet de déplacement du courant s'affaiblit, le courant commence à se propager le long de la section du conducteur, la résistance g2 diminue. Lorsque la vitesse de fonctionnement est atteinte, la fréquence du courant du rotor est si faible que le phénomène de déplacement du courant n'affecte plus, le courant circule dans toute la section du conducteur et la résistance g2 le minimum. En raison de ce changement automatique de résistance g 2, le démarrage des moteurs asynchrones à cage d'écureuil se déroule favorablement : le courant de démarrage est
5,0 ... 6,0 nominal et le couple de démarrage est de 1,1 ... 1,3 nominal.
Il est possible de faire varier les paramètres des caractéristiques de démarrage d'un moteur asynchrone lors de la conception en modifiant la forme de la rainure, ainsi que la résistance du matériau des tiges (composition de l'alliage). En plus des rainures profondes, des rainures doubles sont utilisées, formant une double cage d'écureuil (Fig. 6.9,6), et utilisez également des rainures en forme de poire, etc.
Sur la fig. 6.10 montre les caractéristiques mécaniques typiques de diverses modifications de moteurs asynchrones à cage d'écureuil.
Riz. À 10 HEURES. Caractéristiques mécaniques approximatives des moteurs asynchrones à cage d'écureuil : a - version normale ; 6 - avec glissement accru ; V- avec un couple de démarrage accru ; g- grue et série métallurgique
Moteurs normaux à cage d'écureuil utilisé pour entraîner une large classe de machines et de mécanismes de travail, principalement pour les entraînements fonctionnant en mode continu. Cette conception se caractérise par un rendement élevé et un glissement nominal minimum. La caractéristique mécanique dans la région des grands glissements présente généralement une légère baisse, caractérisée par un couple minimum M t (p.
Moteurs à haut glissement ont une caractéristique mécanique plus douce et sont utilisés dans les cas suivants : lorsque deux moteurs ou plus fonctionnent sur un arbre commun, pour des mécanismes (par exemple des manivelles) avec une charge changeant cycliquement, lorsqu'il est conseillé d'utiliser l'énergie cinétique stockée dans le parties mobiles de l'entraînement électrique pour vaincre la résistance au mouvement et pour les mécanismes fonctionnant en mode intermittent.
Moteurs avec couple de démarrage accru Conçu pour les machines avec des conditions de démarrage difficiles, telles que les convoyeurs à racleurs.
Moteurs pour grues et séries métallurgiques conçu pour les mécanismes fonctionnant en mode intermittent avec des démarrages fréquents. Ces moteurs ont une grande capacité de surcharge, un couple de démarrage élevé, une résistance mécanique accrue, mais des performances énergétiques moins bonnes.
Le calcul analytique des caractéristiques mécaniques des moteurs asynchrones à cage d'écureuil est assez compliqué, la caractéristique peut donc être construite approximativement en quatre points : au ralenti (5 = 0), au maximum Mk, lanceur Mp et minimum Mt[n moment au début du lancement. Les données de ces points caractéristiques sont données dans les catalogues et ouvrages de référence des moteurs asynchrones. Le calcul de la partie active de la caractéristique mécanique d'un moteur asynchrone en court-circuit (avec des glissements de 0 à 5 k) peut être effectué à l'aide de la formule de Kloss (6.36), (6.39), puisque l'effet du déplacement du courant dans le fonctionnement le mode ne se manifeste presque pas.
Caractéristiques mécaniques complètes d'un moteur à induction dans tous les quadrants du champ MS, montré sur la fig. 6.11.
Le moteur asynchrone peut fonctionner selon trois modes de freinage : freinage régénératif et dynamique et freinage par courant inverse. Un mode de freinage spécifique est également le freinage par condensateur.
Freinage régénératif possible lorsque la vitesse du rotor est supérieure à la vitesse de rotation du champ électromagnétique statorique, ce qui correspond à une valeur de glissement négative : oo>co 0 5 
Une valeur légèrement plus élevée du couple maximum en mode générateur s'explique par le fait que les pertes dans le stator (à la résistance G () en mode moteur, le couple sur l'arbre est réduit, et en mode générateur, le couple sur l'arbre doit être plus important pour couvrir les pertes dans le stator.
A noter qu'en mode freinage récupératif, le moteur asynchrone génère et fournit de la puissance active au réseau, et afin de créer un champ électromagnétique, le moteur asynchrone en mode générateur doit également échanger de la puissance réactive avec le réseau. Par conséquent, une machine asynchrone ne peut pas fonctionner comme générateur autonome lorsqu’elle est déconnectée du réseau. Il est cependant possible de connecter une machine asynchrone à des batteries de condensateurs comme source de puissance réactive.
Méthode de freinage dynamique: les enroulements du stator sont déconnectés du réseau alternatif et connectés à une source de tension continue (Fig. 6.12). Lorsque les enroulements du stator sont alimentés en courant continu, un champ électromagnétique stationnaire dans l'espace est créé, c'est-à-dire vitesse de rotation du champ statorique avec dt = . Le glissement sera égal à 5 DT = -co/co n, où co n est la vitesse angulaire nominale de rotation du champ statorique.
Riz. 6 .12 UN- inclusion du freinage dynamique ; b - lors de la connexion des enroulements en étoile ; V- lors de la connexion des enroulements en triangle
Le type de caractéristiques mécaniques (Fig. 6.13) est similaire aux caractéristiques du mode de freinage par récupération. Le point de départ des caractéristiques est l'origine des coordonnées. Vous pouvez régler l'intensité du freinage dynamique en modifiant le courant d'excitation/dt dans les enroulements du stator. Plus le courant est élevé, plus le couple de freinage développé par le moteur est important. Dans ce cas, il faut cependant tenir compte du fait qu'à des courants / dm > / 1n, la saturation du circuit magnétique du moteur commence à se faire sentir.
Pour les moteurs asynchrones à rotor phase, le couple de freinage peut également être contrôlé en introduisant une résistance supplémentaire dans le circuit du rotor. L'effet de l'introduction d'une résistance supplémentaire est similaire à celui qui se produit lors du démarrage d'un moteur asynchrone : en raison de l'amélioration de f, le glissement critique du moteur augmente et le couple de freinage augmente à des vitesses de rotation élevées.
En mode freinage dynamique, les enroulements du stator sont alimentés par une source CC. Il convient également de garder à l'esprit que dans le circuit de freinage dynamique, le courant / d t circule (lorsque les enroulements sont connectés à une étoile) non pas à travers trois, mais à travers deux enroulements de phase.
Pour calculer les caractéristiques, il est nécessaire de remplacer le courant réel/équivalent/, qui, circulant dans les enroulements triphasés,
crée la même force magnétisante que le courant JE. Pour le schéma de la fig. 6.12 ,6 1 =0,816/ , et pour le circuit de la fig. 6.12 , en moi =0,472/ .
Une formule simplifiée pour un calcul approximatif des caractéristiques mécaniques (ne tenant pas compte de la saturation du moteur) est similaire à la formule de Kloss pour le mode moteur :
Où 
- moment critique en mode freinage dynamique ; 
Il convient de souligner que le glissement critique en mode freinage dynamique est nettement inférieur au glissement critique en mode moteur, car . La tension de l'alimentation CC sera nettement inférieure à la tension nominale et approximativement égale à dt = (2, ... 4) / éq.
Énergétiquement, en mode freinage dynamique, le moteur asynchrone fonctionne comme un générateur synchrone, chargé par la résistance du circuit rotorique du moteur. Toute la puissance mécanique fournie à l'arbre du moteur pendant le freinage est convertie en puissance électrique et est utilisée pour chauffer la résistance du circuit du rotor. Freinage en marche arrière peut être dans deux cas :
- lorsque, pendant le fonctionnement du moteur, il est nécessaire de l'arrêter d'urgence, et pour cela, l'ordre d'alternance des phases de l'alimentation des bobinages statoriques du moteur est modifié ;
- lorsque le système électromécanique se déplace dans un sens négatif sous l'action de la charge de descente, et que le moteur est allumé dans le sens de la montée pour limiter la vitesse de descente (mode charge de traction).
Dans les deux cas, le champ électromagnétique du stator et du rotor du moteur tourne dans des directions différentes. Le moteur patine en pro-
l'anti-inclusion est toujours supérieure à un : 
Dans le premier cas (Fig. 6.14), le moteur fonctionnant au point 1, après avoir changé l'ordre de l'ordre des phases du moteur, passe en mode freinage au point G, et la vitesse d'entraînement diminue rapidement sous l'action du couple de freinage M.T. et statique MS. Lors d'une décélération jusqu'à une vitesse proche de zéro, le moteur doit être arrêté, sinon il accélérera dans le sens de rotation opposé.
Riz. 6.14.
Dans le second cas, après le desserrage du frein mécanique, le moteur, mis en marche vers le haut, sous l'action de la gravité de la charge abaissée, tournera en sens inverse à une vitesse correspondant au point 2. Fonctionnement en le mode opposition sous l'action de la charge de traction est possible lors de l'utilisation de moteurs à rotor phase. Dans ce cas, une résistance supplémentaire significative est introduite dans le circuit du rotor, ce qui correspond à la caractéristique 2 de la Fig. 6.14.
Sur le plan énergétique, le mode opposition est extrêmement défavorable. Le courant dans ce mode pour les moteurs asynchrones à cage d'écureuil dépasse le courant de démarrage, atteignant une valeur 10 fois supérieure. Les pertes dans le circuit rotorique du moteur sont la somme des pertes dues au court-circuit du moteur et de la puissance transférée à l'arbre du moteur lors du freinage : A P n = L/Tco 0 + M t (environ.
Pour les moteurs à cage d'écureuil, le mode anti-commutation n'est possible que pendant quelques secondes. Lors de l'utilisation de moteurs à rotor phase en mode opposition, il est obligatoire d'inclure une résistance supplémentaire dans le circuit du rotor. Dans ce cas, les pertes d'énergie restent les mêmes importantes, mais elles sont évacuées du volume du moteur vers les résistances du rotor.
Appareil et application de tension artérielle avec court-circuit rotor.
1) Stator fixe : noyau en acier électrique laminé avec (généralement) des enroulements triphasés formant des pôles et décalés dans l'espace de 120 degrés.
L'enroulement du stator est généralement réalisé avec une isolation en laque.
2) Rotor mobile à cage d'écureuil : noyau de type stator. Enroulement dans des rainures - tiges de cuivre ou d'aluminium, raccourcies par des anneaux aux extrémités du noyau.
L'enroulement du rotor dans certains moteurs de faible puissance est réalisé en aluminium moulé sous pression.
Dans les IM de faible puissance, l'entrefer entre le stator et le rotor est de 0,2 à 0,3 mm, dans les moteurs de haute puissance, de plusieurs millimètres.
13. Fonctionnement IM en mode freinage anti-commutation.
Il est nécessaire de transférer le circuit en marche arrière et de l'éteindre à une vitesse égale à zéro. Le contrôle de la vitesse est effectué par le relais de vitesse.
Façons de contrôler la vitesse de rotation d'un moteur asynchrone.
Pour moteurs asynchrones en court-circuit rotor
Pour moteur avec rotor de phase: en commutant le nombre d'étapes du rhéostat dans le circuit du rotor.
Démarrage IM avec un rotor de phase.
L'inclusion de rhéostats de réglage de démarrage dans le rotor vous permet d'accélérer le moteur par étapes sans dépasser le courant de démarrage de plus de 2-3 valeurs nominales.
Graphique - trois étapes
Caractéristique mécanique d'un moteur asynchrone, son analyse.
1-х.х 2- mode nominal 3- capacité de surcharge 4 - démarrage
1.Les caractéristiques mécaniques reposent sur 4 points :
où : - vitesse de synchronisation ;
– vitesse nominale ;
– glissement critique
ƛ - capacité de surcharge du moteur ;
Le moment est nominal ;
Vitesse nominale ;
17. Le principe de fonctionnement d'un moteur asynchrone.
Trois phases de l'enroulement statorique (primaire) de l'IM sont alimentées en tension alternative toi une = Euh péché (w t), toi b= Euh péché (w t-p/3); toi c= Euh péché (w t-2p/3), où w=2π F 1 .
Les courants de phase commencent à circuler dans les enroulements, également décalés les uns par rapport aux autres de 120 degrés électriques.
Un champ magnétique statorique apparaît, tournant avec une vitesse angulaire Ω 0 =2π F 1 /p.
Le champ magnétique du stator traverse les conducteurs de l'enroulement du rotor (enroulement secondaire) et y induit une CEM :
Direction E 2 est déterminé par la règle de la main droite. La FEM induite crée des courants dans l'enroulement fermé.
La résistance inductive (inductance) des barres du rotor est faible, le courant est pratiquement en phase avec la FEM.
À la suite de l'interaction des courants du rotor avec le flux magnétique, des forces mécaniques agissant sur les conducteurs du rotor apparaissent, dont la direction est déterminée par la règle de gauche, ainsi qu'un moment électromagnétique tournant.
En même temps, pour créer un moment, il faut que le flux statorique traverse les conducteurs du rotor, c'est-à-dire que le champ statorique tourne à une vitesse supérieure à la vitesse du rotor. Cette différence de vitesse de rotation est appelée glissement.
Ainsi, la particularité du IM, qui lui a donné son nom, est que le champ statorique et le rotor tournent à des vitesses différentes, c'est-à-dire désynchronisé ou de manière asynchrone.
Si vous changez le sens de rotation du champ statorique, le rotor commencera également à tourner dans le sens opposé - il s'agit d'une inversion. Schématiquement, pour cela, il suffit d'intervertir deux phases quelconques.
18.Façons de démarrer des moteurs asynchrones avec court-circuit rotor et leurs caractéristiques
Dans toutes les méthodes, une diminution du courant de démarrage est obtenue. Le démarrage direct est autorisé si la puissance du moteur est faible ou si le moteur démarre sans charge.
1. En modifiant la résistance dans le circuit du stator, il est utilisé dans les ascenseurs, inconvénients : la capacité de surcharge et le couple de démarrage diminuent
2. En changeant la tension et la fréquence en même temps : en utilisant un convertisseur de tension et de fréquence, la méthode est meilleure en termes de contrôlabilité, nécessite un équipement coûteux
3 En changeant uniquement l'amplitude de la tension : le résultat est le même que dans le premier cas.
4. Passage du triangle à l'étoile (modification du nombre de paires de pôles)
Caractéristique mécanique dynamique un moteur à induction est appelé la relation entre les valeurs instantanées de la vitesse (glissement) et le moment de la machine électrique pour le même instant du mode de fonctionnement transitoire.
Le graphique de la caractéristique mécanique dynamique d'un moteur à induction peut être obtenu à partir de la solution conjointe du système d'équations différentielles d'équilibre électrique dans les circuits statoriques et rotoriques du moteur et de l'une des équations de son couple électromagnétique, qui sont données sans leur origine :
Le système d'équations (5.35) utilise la notation suivante :
UN
- composante du vecteur tension de l'enroulement du stator, orientée le long de l'axe b système de coordonnées fixe ;
- résistance inductive équivalente de l'enroulement du stator, égale à la résistance inductive de la fuite de l'enroulement du stator et à la résistance inductive du champ principal ;
- résistance inductive équivalente de l'enroulement du rotor, réduite à l'enroulement du stator, égale à la résistance inductive de fuite de l'enroulement du rotor et à la résistance inductive du champ principal ;
- résistance inductive du champ principal (circuit de magnétisation), créée par l'action totale des courants statoriques ;
UN système de coordonnées fixe ;
- composante du vecteur de liaison du flux des enroulements du stator, orientée le long de l'axe b système de coordonnées fixe ;
UN système de coordonnées fixe ;
est la composante du vecteur de liaison du flux de l'enroulement du rotor, orientée le long de l'axe b système de coordonnées fixe ;
UN système de coordonnées fixe ;
- composante du vecteur courant du bobinage du rotor, orientée le long de l'axe b système de coordonnées fixe.
Les processus électromécaniques dans un entraînement électrique asynchrone sont décrits par l'équation du mouvement. Pour le cas
où est le moment de résistance à la charge réduit sur l'arbre du moteur ; - le moment d'inertie total de l'entraînement électrique ramené à l'arbre du moteur.
L'analyse des processus dynamiques de conversion d'énergie dans un moteur à induction est une tâche difficile en raison de la non-linéarité importante des équations décrivant le moteur à induction, due au produit de variables. Par conséquent, il est conseillé d’étudier les caractéristiques dynamiques d’un moteur à induction à l’aide de la technologie informatique.
La solution conjointe du système d'équations (5.62) et (5.63) dans l'environnement logiciel MathCAD vous permet de calculer les graphiques des processus transitoires de vitesse ω et de couple M avec des valeurs numériques des paramètres du circuit équivalent d'un moteur asynchrone, défini dans l'exemple 5.3.
Puisque la caractéristique mécanique dynamique d'un moteur à induction ne peut être obtenue qu'à partir des résultats de calculs de transitoires, nous présentons d'abord les graphiques des transitoires de vitesse (Fig. 5.9) et de couple (Fig. 5.10) lors du démarrage d'un moteur à induction par connexion directe. au réseau.
Riz. 5.9.
Riz. 5.10.
Riz. 5.11.
Les graphiques et les transitoires permettent de construire une caractéristique mécanique dynamique d'un moteur asynchrone (Fig. 5.1 I, courbe I) lors du démarrage par connexion directe au réseau. A titre de comparaison, la même figure montre la caractéristique mécanique statique - 2, calculée par l'expression (5.7) pour les mêmes paramètres du circuit équivalent d'un moteur asynchrone.
Une analyse de la caractéristique mécanique dynamique d'un moteur asynchrone montre que les moments de choc maximaux au démarrage dépassent de plus de 4,5 fois le moment nominal L/n de la caractéristique mécanique statique et peuvent atteindre des valeurs inacceptablement élevées en termes de résistance mécanique. Les couples d'impact lors du démarrage, et notamment lors de l'inversion d'un moteur asynchrone, entraînent une défaillance de la cinématique des mécanismes de production et du moteur asynchrone lui-même.
La modélisation dans l'environnement logiciel MathCAD permet d'étudier assez facilement les caractéristiques mécaniques dynamiques d'un moteur à induction. Il a été établi que la caractéristique dynamique est déterminée non seulement par les paramètres du circuit équivalent d'un moteur asynchrone, mais également par les paramètres de l'entraînement électrique, tels que le moment d'inertie équivalent, le moment de résistance sur l'arbre du moteur. . Par conséquent, un moteur asynchrone avec des paramètres donnés du réseau d'alimentation et du circuit équivalent possède une caractéristique mécanique statique et plusieurs caractéristiques mécaniques dynamiques.
Comme il ressort de l’analyse des caractéristiques dynamiques de la Fig. 5.9-5.10, le processus transitoire de démarrage d'un moteur asynchrone en court-circuit peut avoir un caractère oscillatoire non seulement dans la section initiale, mais également dans la section finale, et la vitesse du moteur dépasse la synchrone ω0. En pratique, les fluctuations de la vitesse angulaire et du couple du moteur dans la dernière partie du processus transitoire ne sont pas toujours observées. Il existe en outre un grand nombre de mécanismes de production pour lesquels de telles fluctuations doivent être exclues. Un exemple typique est celui des mécanismes des treuils et du mouvement des grues. Pour de tels mécanismes, des moteurs asynchrones aux caractéristiques mécaniques douces ou à glissement accru sont produits. Il a été établi que plus la section de travail de la caractéristique mécanique d'un moteur à induction est douce et plus le moment d'inertie équivalent de l'entraînement électrique est grand, plus l'amplitude des oscillations lorsqu'on atteint une vitesse constante et plus elles décroissent rapidement.
Les études des caractéristiques mécaniques dynamiques sont d'une importance théorique et pratique, car, comme le montre la section 5.1.1, la prise en compte uniquement des caractéristiques mécaniques statiques peut conduire à des conclusions pas tout à fait correctes et fausser la nature des charges dynamiques lors du démarrage de moteurs asynchrones. . Des études montrent que les valeurs maximales du couple dynamique peuvent dépasser de 2 à 5 fois le couple nominal du moteur lors du démarrage par connexion directe au réseau et de 4 à 10 fois lorsque le moteur est inversé, ce qui doit être pris en compte. compte lors du développement et de la fabrication de moteurs électriques.
Il est pratique d'analyser le fonctionnement d'un moteur électrique asynchrone sur la base de ses caractéristiques mécaniques, qui sont une dépendance exprimée graphiquement de la forme P. = F(M). Dans ces cas, les caractéristiques de vitesse sont très rarement utilisées, car pour un moteur électrique asynchrone, la caractéristique de vitesse est la dépendance de la vitesse sur le courant du rotor, pour déterminer laquelle il existe un certain nombre de difficultés, notamment dans le cas des moteurs électriques asynchrones avec un rotor à cage d'écureuil.
Pour les moteurs électriques asynchrones, ainsi que pour les moteurs électriques à courant continu, on distingue les caractéristiques mécaniques naturelles et artificielles. Un moteur électrique asynchrone fonctionne selon une caractéristique mécanique naturelle si son enroulement statorique est connecté à un réseau de courant triphasé dont la tension et la fréquence correspondent aux valeurs nominales, et si d'éventuelles résistances supplémentaires ne sont pas incluses dans le circuit rotorique.
Sur la fig. 42 personnes ont été mises à charge M = F(s), qui permet d'accéder facilement à la caractéristique mécanique n = F(M ), puisque, selon l'expression (82) , la vitesse de rotation du rotor dépend de l'ampleur du glissement.
Remplacer la formule (81) par l'expression (91) et résoudre l'équation résultante pour P. 2 on obtient l'équation suivante pour les caractéristiques mécaniques d'un moteur asynchrone
Membre r 1 s omise en raison de sa petitesse. Les caractéristiques mécaniques correspondant à cette équation sont représentées sur la fig. 44.
L'équation (95) n'est pas pratique pour les constructions pratiques, c'est pourquoi des équations simplifiées sont généralement utilisées dans la pratique. Ainsi, dans le cas d'un moteur électrique fonctionnant selon une caractéristique naturelle avec un couple n'excédant pas 1,5 de sa valeur nominale, le glissement ne dépasse généralement pas 0,1. Par conséquent, dans ce cas, dans l’équation (95), nous pouvons négliger le terme X 2 s 2 /kr’ 2 · M , ce qui donne l'équation simplifiée des caractéristiques naturelles suivante :
qui est l’équation d’une droite inclinée par rapport à l’axe des x.
Bien que l'équation (97) soit approximative, l'expérience montre que pour des changements de couple allant de M= 0 à M=1,5M n les caractéristiques des moteurs électriques asynchrones sont très simples et l'équation (97) donne des résultats en bon accord avec les données expérimentales.
Lorsque des résistances supplémentaires sont introduites dans le circuit du rotor, la caractéristique P. = F(M) avec une précision suffisante à des fins pratiques peut également être considéré comme rectiligne dans les limites spécifiées pour le couple et être construit selon l'équation (97).
Ainsi, les caractéristiques mécaniques d'un moteur à induction vont de M= 0 à M = 1,5 M n à différentes résistances du circuit rotorique, ils représentent une famille de droites se coupant en un point correspondant au nombre de tours synchrone (Fig. 45). Comme le montre l'équation (97), la pente de chaque caractéristique par rapport à l'axe des abscisses est déterminée par la valeur de la résistance active du circuit rotorique. r’ 2 . Evidemment, plus la résistance introduite dans chaque phase du rotor est grande, plus la caractéristique est inclinée vers l'axe des abscisses.
Comme mentionné, généralement dans la pratique, les caractéristiques de vitesse des moteurs asynchrones ne sont pas utilisées. Le calcul des résistances de démarrage et de réglage est effectué à l'aide de l'équation (97). La construction d'une caractéristique naturelle peut être effectuée en deux points - par vitesse synchrone n 1 = 60F /R.à couple nul et à vitesse nominale au couple nominal.
Il convient de garder à l'esprit que pour les moteurs électriques asynchrones, la dépendance du couple sur le courant du rotor je 2 est plus complexe que la dépendance du couple sur le courant d'induit pour
Moteurs électriques à courant continu. Par conséquent, la caractéristique de vitesse d’un moteur à induction n’est pas identique à la caractéristique mécanique. Caractéristique P. = F(je 2 ) a la forme montrée sur la Fig. 46. Il y a aussi une caractéristique n = F (je 1 ).