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Le moteur à induction triphasé est un outil très important dans les usines d'aujourd'hui. On trouve ce moteur à induction puissant dans de nombreux endroits, comme les ateliers et les fermes. Mais ces moteurs ne fonctionnent généralement qu'à une seule vitesse, qui est une vitesse constante. Que se passe-t-il si vous devez faire tourner un ventilateur plus lentement ou un tapis roulant plus rapidement ? C'est pourquoi le contrôle de la vitesse est si utile. Ce guide vous apprendra quelques méthodes simples pour gérer le contrôle des moteurs à induction triphasés. En lisant ce guide, vous apprendrez à améliorer le fonctionnement de vos machines. Vous apprendrez également à économiser de l'énergie et à faciliter votre travail. Nous expliquons les idées délicates par des étapes simples. Cela vous permettra de les comprendre et de les mettre en pratique.
De nombreuses tâches ne nécessitent pas qu'un moteur tourne en permanence à sa vitesse maximale. Prenons l'exemple d'une pompe à eau. Parfois, il faut déplacer une grande quantité d'eau. D'autres fois, il suffit d'en déplacer un peu. Vous gaspillez beaucoup d'énergie si votre moteur à induction tourne toujours à plein régime. Le contrôle de la vitesse vous permet d'adapter la vitesse du moteur au travail à effectuer. C'est très important pour contrôler la vitesse.
Une bonne régulation de la vitesse des moteurs triphasés présente de nombreux avantages. Elle vous permet d'économiser de l'électricité, ce qui vous fait économiser de l'argent. Vos machines sont moins endommagées au fil du temps. Cela leur permet de durer plus longtemps. Il vous permet également de mieux contrôler votre travail. Par exemple, vous pouvez démarrer lentement un convoyeur à bande afin que les articles ne tombent pas. Un bon contrôle de la vitesse rend un excellent moteur à induction encore meilleur. Il est plus utile et gaspille moins d'énergie.
Avant d'aborder la question du contrôle de la vitesse, examinons le fonctionnement d'un moteur à induction triphasé. Il se compose de deux parties principales. Il s'agit du stator et du rotor. Le stator est la partie extérieure qui reste immobile. À l'intérieur de celui-ci se trouvent des bobines de fil que l'on appelle le bobinage du stator. Le rotor est la partie intérieure qui tourne sur elle-même.
Lorsque vous envoyez une tension triphasée à l'enroulement du stator, il se passe quelque chose d'intéressant. Il se crée un champ magnétique rotatif. Il s'agit d'un aimant qui tourne à l'intérieur du stator. Ce champ magnétique passe devant les barres du rotor. Cela crée, ou induit, une tension et un courant à l'intérieur de celles-ci. Ce courant induit dans le rotor crée son propre champ magnétique. Les deux champs magnétiques se poussent et s'attirent mutuellement. Le champ du stator entraîne alors le rotor avec lui, ce qui le fait tourner. Le moteur est appelé moteur à induction parce que la tension est produite dans le rotor sans qu'aucun fil ne le touche.
La vitesse du champ magnétique tournant à l'intérieur du stator est appelée vitesse de synchronisation. C'est la vitesse la plus rapide que le moteur à induction peut atteindre. La règle mathématique pour la vitesse synchrone (Ns) est la suivante :
Ns = (120 x f) / P
La vitesse réelle du rotor est toujours un peu plus lente que la vitesse synchrone. L'infime différence de vitesse entre la vitesse synchrone et la vitesse du rotor est appelée "glissement". C'est ce glissement qui permet au moteur à induction de créer une force de rotation, ou couple, et de travailler. S'il n'y avait pas de glissement, le moteur à induction n'aurait aucun couple. Ainsi, pour modifier la vitesse d'un moteur à induction, il faut soit modifier la vitesse synchrone, soit modifier le glissement. La vitesse synchrone du moteur est l'élément le plus important.
Oui, c'est tout à fait possible ! Contrôler le moteur à induction du côté du stator est une chose tout à fait normale. Cela signifie que nous modifions la puissance qui entre dans le stator. C'est ainsi que nous ajustons la vitesse. Ces méthodes, comme la modification de la tension ou de la fréquence, sont très appréciées. En effet, il n'est pas nécessaire de modifier le moteur à induction lui-même.
Il y a trois façons principales de procéder :
Chaque méthode de contrôle de la vitesse a ses avantages et ses inconvénients. Nous allons examiner chacune d'entre elles. Cela nous aidera à voir comment cela fonctionne pour le moteur à induction. Ce type de contrôle de la vitesse à partir du circuit du stator est utilisé dans de nombreux endroits.
L'un des moyens de contrôler la vitesse d'un moteur à induction consiste à modifier la tension d'alimentation. Vous pouvez utiliser un dispositif tel qu'un transformateur pour abaisser la tension qui alimente le moteur. Lorsque la tension appliquée au stator diminue, le couple produit par le moteur à induction diminue considérablement. Le couple est lié à la tension multipliée par elle-même. Cela signifie qu'une petite baisse de tension entraîne une très forte baisse du couple.
Cette méthode de contrôle de la vitesse est facile à mettre en œuvre, mais ce n'est pas le meilleur choix pour de nombreuses tâches. Lorsque le couple diminue, le moteur à induction ralentit. Mais le glissement augmente, ce qui signifie que davantage d'énergie est perdue sous forme de chaleur à l'intérieur du rotor. Le moteur à induction gaspille donc plus d'énergie et peut devenir trop chaud. Cette technique de contrôle de la vitesse est parfois utilisée pour les petits moteurs qui font tourner des ventilateurs ou des pompes. Dans ces cas, le couple de charge diminue lorsque la vitesse diminue. Le facteur de puissance se dégrade également à basse tension.
Vous souvenez-vous de la règle mathématique concernant la vitesse de synchronisation ? Elle montre que la vitesse dépend du nombre de pôles. La méthode de contrôle de la vitesse par changement de pôle est basée sur cette idée. Certains types spéciaux de moteurs à induction sont fabriqués avec un enroulement de stator qui peut être câblé d'une nouvelle manière. Cela permet de modifier le nombre de pôles. Par exemple, il est possible de passer d'un moteur à 4 pôles statoriques à un moteur à 8 pôles statoriques.
Lorsque vous changez le nombre de pôles, vous obtenez un saut de vitesse important. Un moteur à induction à 4 pôles alimenté en 60 Hz a une vitesse synchrone de 1800 tr/min. Si vous passez à 8 pôles, la vitesse synchrone tombera à 900 tr/min. Cette méthode permet d'obtenir différentes vitesses. Mais elle ne permet pas de contrôler la vitesse en douceur. Vous ne pouvez choisir qu'entre deux, ou peut-être trois, vitesses définies. Cela est utile pour les ventilateurs à deux vitesses ou certaines machines-outils. Cependant, la plage de réglage de la vitesse est réduite. C'est un moyen simple et efficace d'obtenir un changement de vitesse par paliers.
Il s'agit de la méthode de contrôle de la vitesse la meilleure et la plus courante pour un moteur à induction triphasé utilisé aujourd'hui. Elle est connue sous le nom de commande à tension variable et à fréquence variable (V/VVF) ou de commande tension-fréquence (V/f). L'idée est facile à comprendre. Si vous modifiez la fréquence de l'alimentation, vous modifiez la vitesse synchrone du moteur à induction. Si la vitesse augmente, c'est parce que la fréquence a été augmentée. Si la vitesse diminue, c'est parce que la fréquence a baissé.
Pour que cela fonctionne bien, il faut également modifier la tension en même temps que la fréquence. Le couple d'un moteur à induction dépend du champ magnétique (mmf) dans le stator. Pour maintenir ce champ et le couple au même niveau, le rapport entre la tension et la fréquence (V/f) doit rester le même. Pour ce faire, nous utilisons un outil spécial appelé variateur ou inverseur. L'onduleur prend le courant alternatif normal et le transforme en courant continu. Il utilise ensuite un processus appelé modulation pour retransformer le courant continu en courant alternatif. Ce nouveau courant alternatif peut être à la tension et à la fréquence variable que nous voulons. Cela nous permet de contrôler la vitesse en douceur sur une très large gamme de vitesses. C'est la méthode de contrôle de la vitesse qui gaspille le moins d'énergie.
| Fonctionnalité | Contrôle de la tension | Changement de pôle | Contrôle V/F | Contrôle de la résistance du rotor |
|---|---|---|---|---|
| Type de moteur | Tout moteur à cage d'écureuil | Moteur spécial à changement de pôles | Tout moteur à cage d'écureuil | Moteurs à induction à rotor bobiné |
| Gamme de vitesse | Petit | Par étapes (2 à 3 vitesses) | Très grand | Grand, mais gaspille de l'énergie |
| Consommation d'énergie | Perte de puissance faible et élevée | Haut | Très élevé | Perte de puissance faible et élevée |
| Douceur | Lisse | Pas lisse | Très doux | Lisse |
| Complexité | Simple | Moteur simple, interrupteur simple | Électronique complexe (VFD) | Simple (rhéostat) |
Oui, mais cela ne fonctionne qu'avec un type particulier de moteur à induction. La plupart des moteurs à induction sont des moteurs à cage d'écureuil. Dans ces moteurs, les barres du rotor sont fixées en place. Pour ces moteurs, le contrôle de la vitesse n'est pas possible du côté du rotor. Mais il existe un autre type de moteur, appelé moteur à induction à rotor bobiné ou à bague collectrice. Ce moteur principal comporte des bobines de fil dans son rotor, tout comme le stator.
Ces bobines dans le rotor sont fixées à trois bagues collectrices sur l'arbre du moteur. Les balais entrent en contact avec ces bagues. Cela nous permet d'ajouter une résistance externe au circuit du rotor. En modifiant le circuit du rotor, nous pouvons changer la vitesse et le comportement du couple de ce moteur à induction. Nous disposons ainsi d'un tout nouvel ensemble de techniques de contrôle de la vitesse.
Pour un moteur à induction à rotor bobiné, la manière la plus simple de contrôler la vitesse du côté du rotor est d'ajouter une résistance au rotor. Nous attachons un rhéostat (qui est une résistance que vous pouvez changer) aux bagues collectrices du rotor. Lorsque nous ajoutons une résistance externe au circuit du rotor, le moteur se comporte différemment. La résistance ajoutée augmente le glissement du moteur pour un couple donné.
Lorsque le glissement augmente, la vitesse du rotor diminue. Ainsi, en tournant simplement le cadran du rhéostat, nous pouvons obtenir une large gamme de contrôle de la vitesse. Cette méthode de contrôle de la vitesse convient aux travaux qui nécessitent un couple de démarrage très élevé. Les grues, les palans et les laminoirs en sont des exemples. L'inconvénient est une perte de puissance très importante. Toute la résistance supplémentaire dans le circuit du rotor transforme l'énergie électrique en chaleur. C'est comme si vous essayiez de conduire votre voiture en appuyant sur les freins. Cela fonctionne, mais cela gaspille beaucoup d'énergie. Cette méthode permet de bien gérer le courant de démarrage.
Le contrôle en cascade est une méthode plus complexe de contrôle de la vitesse qui fonctionne également du côté du rotor. C'est une manière intelligente d'éviter de gaspiller toute la puissance de glissement en chaleur, ce qui se produit avec le contrôle de la résistance du rotor. Dans ce cas, deux moteurs sont connectés l'un à l'autre. Le moteur principal est un moteur à induction à rotor bobiné.
L'énergie provenant du circuit du rotor du moteur principal n'est pas envoyée à un rhéostat. Cette puissance est utilisée pour faire tourner un second moteur, appelé moteur auxiliaire. Ce moteur auxiliaire contribue à faire tourner l'arbre principal. En modifiant la configuration du moteur auxiliaire, nous pouvons contrôler la fréquence de glissement et la force électromotrice du rotor du moteur principal. Cela modifie sa vitesse. Il existe plusieurs façons de connecter les moteurs. Vous pouvez ainsi choisir entre quatre vitesses constantes différentes. Ce système gaspille moins d'énergie que le contrôle de la résistance du rotor, mais il est aussi plus coûteux et plus compliqué. Aujourd'hui, les variateurs de vitesse qui utilisent un convertisseur et un onduleur constituent souvent une meilleure option pour la vitesse des moteurs à induction.
Voici un bref rappel de ce que nous avons appris sur le contrôle de la vitesse d'un moteur à induction triphasé :
Pour accélérer votre projet, vous pouvez étiqueter les piles de laminage avec des détails tels que tolérance, matériel, finition de la surface, la nécessité ou non d'une isolation oxydée, quantitéet bien d'autres choses encore.
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