Il est même difficile d'imaginer à quoi ressemblerait le monde moderne sans un moteur électrique à courant continu (et un moteur à courant alternatif, soit dit en passant). Tout mécanisme moderne est équipé d'un moteur électrique. Il peut avoir un objectif différent, mais sa présence, en règle générale, est essentielle. On s'attend à ce que dans un proche avenir le rôle du moteur à courant continu ne fasse qu'augmenter. Déjà aujourd'hui, sans cet appareil, il est impossible de créer des équipements de qualité, fiables et silencieux avec des vitesses réglables. Mais c'est la clé du développement de l'État et de l'économie mondiale dans son ensemble.
De l'histoire du moteur à courant continu
Au cours d'expériences en 1821, le célèbre scientifique Faraday a accidentellement découvert qu'un aimant et un conducteur porteur de courant d'une manière ou d'une autres'influencent mutuellement. En particulier, un aimant permanent peut provoquer la rotation d'un simple circuit conducteur porteur de courant. Les résultats de ces expériences ont été utilisés pour d'autres recherches.
Déjà en 1833, Thomas Davenport a créé un train miniature avec un petit moteur électrique capable de l'entraîner.
En 1838, un bateau à passagers pour 12 places a été construit dans l'Empire russe. Lorsque ce bateau à moteur électrique est parti à contre-courant le long de la Neva, cela a provoqué une véritable explosion d'émotions dans la communauté scientifique et pas seulement.
Comment fonctionne un moteur à courant continu
Si vous regardez le travail superficiellement, comme ils le font à l'école dans les cours de physique, il peut sembler qu'il n'y a absolument rien de compliqué dedans. Mais ce n'est qu'à première vue. En fait, la science de la propulsion électrique est l'une des plus difficiles du cycle des disciplines techniques. Lors du fonctionnement d'un moteur électrique, un certain nombre de phénomènes physiques complexes se produisent, qui ne sont pas encore entièrement compris et sont expliqués par diverses hypothèses et suppositions.
Dans une version simplifiée, le principe de fonctionnement d'un moteur à courant continu peut être décrit comme suit. Un conducteur est placé dans un champ magnétique et un courant le traverse. De plus, si nous considérons la section transversale du conducteur, des cercles concentriques de force invisibles apparaissent autour de lui - il s'agit d'un champ magnétique formé par le courant dans le conducteur. Comme déjà mentionné, ces champs magnétiques sont invisibles à l'œil humain. Mais il existe une astuce simple qui vous permet de les observer visuellement. Le plus simple est de faire un trou dans du contreplaqué ou une feuille de papier épaisse à travers laquelle passer le fil. Dans ce cas, la surface près du trou doit être recouverte d'une fine couche de poudre métallique magnétique finement dispersée (de la sciure fine peut également être utilisée). Lorsque le circuit est fermé, les particules de poudre s'alignent sous la forme du champ magnétique.
En fait, le principe de fonctionnement d'un moteur à courant continu est basé sur ce phénomène. Un conducteur porteur de courant est placé entre les pôles nord et sud d'un aimant en forme de U. Suite à l'interaction des champs magnétiques, le fil est mis en mouvement. La direction du mouvement dépend de la position des pôles et peut être déterminée avec précision par la règle dite de la vrille.
Intensité ampèremétrique
La force qui pousse un conducteur porteur de courant hors du champ d'un aimant permanent s'appelle la force Ampère - du nom d'un célèbre chercheur en phénomènes électriques. L'unité de courant porte également son nom.
Pour trouver la valeur numérique de cette force, il faut multiplier le courant dans le conducteur considéré par sa longueur et par l'amplitude (vecteur) du champ magnétique.
La formule ressemblera à ceci:
F=IBL.
Modèle du moteur le plus simple
En gros, pour construire le moteur le plus primitif, vous devez placer un cadre de matériau conducteur (fil) dans un champ magnétique et l'alimenter en courant. Le cadre tournera à un certain angle et s'arrêtera. Cette position sur l'argot des spécialistes dela zone de l'entraînement électrique est appelée "morte". La raison de l'arrêt est que les champs magnétiques sont, pour ainsi dire, compensés. En d'autres termes, cela se produit lorsque la force résultante devient égale à zéro. Par conséquent, le dispositif de moteur à courant continu comprend non pas un, mais plusieurs châssis. Dans une véritable unité industrielle (qui est installée sur un équipement), il peut y avoir de très très nombreux circuits élémentaires de ce type. Ainsi, lorsque les forces s'équilibrent sur un cadre, l'autre cadre le fait sortir de la "stupeur".
Caractéristiques de l'appareil de moteurs de différentes puissances
Même une personne éloignée du monde de l'électrotechnique réalisera immédiatement que sans source de champ magnétique constant, il n'est tout simplement pas question de moteur électrique à courant continu. Une variété d'appareils sont utilisés comme telles sources.
Pour les moteurs à courant continu de faible puissance (12 volts ou moins), un aimant permanent est la solution idéale. Mais cette option n'est pas adaptée aux unités de grande puissance et de grande taille: les aimants seront trop chers et lourds. Par conséquent, pour les moteurs à courant continu de 220 V ou plus, il est plus judicieux d'utiliser un inducteur (enroulement de champ). Pour que l'inductance devienne une source de champ magnétique, elle doit être alimentée.
Conception de moteurs électriques
En général, la conception de tout moteur à courant continu comprend les éléments suivants:collecteur, stator et armature.
L'induit sert d'élément de palier pour l'enroulement du moteur. Il se compose de fines feuilles d'acier à usage électrique avec des rainures autour du périmètre pour la pose du fil. Le matériau de fabrication dans ce cas est très important. Comme déjà mentionné, l'acier électrique est utilisé. Cette qualité de matériau se caractérise par une grande granulométrie et une douceur artificielles (en raison d'une faible teneur en carbone). De plus, toute la structure est constituée de tôles minces et isolées. Tout cela ne permet pas l'apparition de courants parasites et évite la surchauffe de l'induit.
Le stator est une pièce fixe. Il remplit le rôle de l'aimant évoqué précédemment. Pour démontrer le fonctionnement d'un moteur modèle en laboratoire, pour plus de clarté et une meilleure compréhension des principes, un stator à deux pôles est utilisé. Les vrais moteurs industriels utilisent des appareils avec un grand nombre de paires de pôles.
Un collecteur est un interrupteur (connecteur) qui fournit du courant aux circuits d'enroulement d'un moteur à courant continu. Sa présence est strictement nécessaire. Sans cela, le moteur tournera par saccades, pas en douceur.
Variétés de moteurs
Il n'y a pas de moteur universel qui serait utilisé dans absolument toutes les branches de la technologie et de l'économie nationale et répondrait à toutes les exigences en matière de sécurité et de fiabilité pendant le fonctionnement.
Vous devez être très prudent lorsque vous choisissez un moteur à courant continu. La réparation est extrêmement difficile et coûteuseune procédure qui ne peut être effectuée que par du personnel dûment qualifié. Et si la conception et les capacités du moteur ne répondent pas aux exigences, des fonds importants seront dépensés pour les réparations.
Il existe quatre principaux types de moteurs CC: les moteurs CC à balais, à onduleur, unipolaires et universels à balais. Chacun de ces types a ses propres qualités positives et négatives. Une brève description de chacun d'eux doit être donnée.
Moteurs CC à balais
Il existe un grand nombre de manières possibles d'implémenter des moteurs de ce type: un collecteur et un nombre pair de circuits, plusieurs collecteurs et plusieurs circuits de bobinage, trois collecteurs et le même nombre de tours de bobinage, quatre collecteurs et deux tours d'enroulement, quatre collecteurs et quatre circuits sur ancre, et enfin - huit collecteurs avec une ancre sans cadre.
Ce type de moteur se caractérise par une relative simplicité d'exécution et de production. C'est pour cette raison qu'il est devenu connu comme un moteur universel, dont l'application est très étendue: des voitures miniatures radiocommandées aux machines-outils CNC très complexes et de haute technologie fabriquées en Allemagne ou au Japon.
À propos des moteurs à onduleur
En général, ce type de moteur est très similaire au collecteur et présente les mêmes avantages et inconvénients. La seule différence réside dans le mécanisme de lancement: il est plusparfait, ce qui vous permet d'inverser facilement la vitesse et d'ajuster la vitesse du rotor. Ainsi, les performances de ce type de moteur à courant continu sont supérieures aux moteurs à collecteur sur un certain nombre de paramètres.
Mais s'il y a un gain dans quelque chose, alors dans certaines choses il y aura une perte. C'est une loi indéniable de l'univers. Donc dans ce cas: la supériorité est assurée par une technique assez complexe et capricieuse, qui échoue souvent. Selon des spécialistes expérimentés, la réparation de moteurs à courant continu de type onduleur est assez difficile à réaliser. Parfois, même les électriciens expérimentés ne peuvent pas diagnostiquer un dysfonctionnement du système.
Caractéristiques des moteurs CC unipolaires
Le principe de fonctionnement reste le même et repose sur l'interaction des champs magnétiques du conducteur avec le courant et l'aimant. Mais le conducteur de courant n'est pas un fil, mais un disque tournant sur un axe. Le courant est fourni comme suit: un contact se ferme sur l'axe métallique et l'autre, à travers le soi-disant balai, relie le bord du cercle métallique. Un tel moteur, comme on peut le voir, a une conception assez complexe et tombe donc souvent en panne. L'application principale est la recherche scientifique dans le domaine de la physique de l'électricité et de la propulsion électrique.
Caractéristiques des moteurs universels à collecteur
En principe, ce type de moteur n'apporte rien de nouveau. Mais il a une caractéristique très importante - la capacité de travailler commedu réseau DC et du réseau AC. Parfois, cette propriété peut économiser beaucoup d'argent sur la réparation et la modernisation de l'équipement.
La fréquence du courant alternatif est strictement réglementée et est de 50 Hertz. En d'autres termes, la direction du mouvement des particules chargées négativement change 50 fois par seconde. Certains pensent à tort que le rotor d'un moteur électrique doit également changer de sens de rotation (sens horaire - anti-horaire) 50 fois par seconde. Si cela était vrai, alors toute application utile des moteurs électriques à courant alternatif serait hors de question. Ce qui se passe en réalité: le courant des enroulements d'induit et de stator est synchronisé à l'aide des condensateurs les plus simples. Et par conséquent, lorsque la direction du courant sur le cadre de l'induit change, sa direction sur le stator change également. Ainsi, le rotor tourne constamment dans une direction.
Malheureusement, le rendement de ce type de moteur à courant continu est bien inférieur à celui des onduleurs et des moteurs unipolaires. Par conséquent, son utilisation est limitée à des zones plutôt étroites - où il est nécessaire d'obtenir à tout prix une fiabilité maximale, sans tenir compte des coûts d'exploitation (par exemple, le génie militaire).
Clauses finales
La technologie ne s'arrête pas, et aujourd'hui de nombreuses écoles scientifiques du monde entier se font concurrence et s'efforcent de créer un moteur bon marché et économique avec une efficacité et des performances élevées. La puissance des moteurs électriques à courant continu augmente d'année en année, tandis que leurconsommation d'énergie.
Les scientifiques prédisent que l'avenir sera déterminé par les équipements électriques et que l'ère du pétrole se terminera très bientôt.
