Utilisation de moteurs à induction dans les mines (avec schéma)
Après avoir lu cet article, vous apprendrez: - 1. Les moteurs à induction dans les mines 2. Le principe du moteur à induction dans les mines 3. L’effet d’induction dans le rotor 4. Le démarrage du moteur à induction 5. Les équipements de démarrage pour les moteurs à induction 6 . Moteurs asynchrones alternatifs 7. Moteurs synchrones utilisés dans les mines 8. Résistance d'isolement d'un moteur à induction.
Contenu:
- Moteurs à induction dans les mines
- Principe du moteur à induction dans les mines
- Effet d'induction dans le rotor
- Démarrage du moteur à induction
- Équipements de démarrage pour moteurs à induction
- Moteurs asynchrones
- Moteurs synchrones utilisés dans les mines
- Résistance D'isolation D'un Moteur À Induction
1. Moteurs à induction dans les mines:
Dans les mines, les moteurs à induction sont principalement utilisés dans une enceinte antidéflagrante. Outre le boîtier, les performances des moteurs à induction sont identiques à celles des autres moteurs, selon leur conception particulière. Notre expérience et notre connaissance nous ont appris que, parmi les moteurs à induction, les types à cage d'écureuil sont les plus simples de tous les moteurs électriques.
Les moteurs à induction se composent de deux parties seulement. L'un est le stator, un enroulement fixe qui est connecté à l'alimentation, et l'autre est un rotor, un enroulement rotatif qui tourne dans le stator et entraîne la charge.
Les moteurs à cage d'écureuil peuvent être conçus pour fonctionner à partir d'une alimentation monophasée ou triphasée. Un moteur à induction triphasé démarrera sous charge dès la mise sous tension. Les démarreurs ne sont utilisés que s’il est nécessaire de réduire le courant de démarrage.
En raison de leur simplicité, les moteurs à cage d'écureuil sont largement utilisés dans les mines et également dans d'autres industries. Ils sont utilisés sous terre pour faire des exercices, des coupeurs de charbon; chargeurs, convoyeurs et transporteurs, et ils peuvent également être largement utilisés dans les pompes, les ventilateurs auxiliaires et les petits compresseurs.
Le stator est constitué d’un cylindre creux constitué d’un feuilletage de fer doux. L'intérieur du cylindre est fendu pour recevoir les conducteurs d'un enroulement triphasé. Les conducteurs de l'enroulement sont isolés les uns des autres et l'ensemble de l'isolant du stator est correctement imprégné de vernis ou de résine de qualité électrique spéciale afin d'empêcher toute pénétration de moisissures, d'humidité ou d'autres impuretés.
Le noyau et la bobine sont travaillés dans une culasse en acier ou en fonte. La figure 11.1 (a) montre un schéma d'un stator.
La figure 11.1 (b) montre un schéma d'un rotor à cage d'écureuil. Le rotor est constitué d'une cage cylindrique de barres de cuivre ou d'aluminium (coulée dans le cas de petits moteurs) et court-circuitée par un anneau de cuivre ou de laiton à chaque extrémité, lui donnant la forme d'une cage. C'est pourquoi les moteurs à induction sont également appelés moteurs à cage d'écureuil, car ils ressemblent à la cage d'un écureuil.
Alternativement, la cage entière peut être coulée d'une seule pièce en alliage d'aluminium. La cage est installée dans un noyau cylindrique, constitué de tôles minces en fer doux, qui est liée à un arbre, déjà usiné correctement. Le rotor est soutenu par des roulements à chaque extrémité de l'arbre.
Il est adapté au stator de sorte qu'il existe un très petit entrefer de quelques millièmes de pouce (variant généralement de 0, 015 à 0, 028 de chaque côté) entre la surface du rotor et la surface interne du stator.
Un intervalle d'air petit mais uniforme est essentiel pour le fonctionnement efficace du moteur à induction dans son ensemble. En réalité, l’entrefer est tellement important que, s’il n’est pas correctement usiné, l’ensemble du moteur change de caractéristiques et de performances.
2. Principe du moteur à induction dans les mines:
Comme tous les autres moteurs électriques, un moteur à cage crée une puissance mécanique selon le principe moteur décrit dans la réaction des conducteurs porteurs de courant dans le rotor avec un champ magnétique. La caractéristique déterminante d'un moteur à induction est que les courants dans les conducteurs du rotor sont induits par le même champ que celui avec lequel ils réagissent.
Les performances et le fonctionnement d’un moteur à induction dépendent de la possibilité de produire un champ magnétique qui tourne, tandis que les enroulements qui le produisent restent immobiles.
Un tel champ ne peut être produit que par un enroulement connecté à une alimentation en courant alternatif, tandis que si un enroulement est alimenté en courant continu pour produire un champ électromagnétique, la position du champ dans l'espace est entièrement déterminée par la position du champ. enroulement. On ne peut faire tourner le champ qu'en tournant les enroulements eux-mêmes.
Nous pouvons concevoir le stator d’un moteur à induction de manière à produire un champ tournant de deux, quatre, six ou un nombre pair de pôles, puis la conception de l’enroulement dépendra du nombre de pôles requis. Chaque phase de l'alimentation est connectée à un enroulement dans le stator.
Les enroulements sont conçus de sorte que chacun donne le nombre de pôles requis et que les enroulements sont interconnectés en étoile ou en triangle. Dans la formation en étoile, les trois extrémités des enroulements non connectés à l'alimentation sont connectées ensemble.
Les enroulements de chaque phase sont disposés de manière à ce que, à chaque demi-cycle de leur phase, une moitié de l'enroulement produise des pôles nord, tandis que l'autre moitié produit des pôles sud. La polarité de chaque enroulement s'inverse à chaque demi-cycle.
Les enroulements sont équidistants autour du stator par ordre de phases. Les enroulements produisent un pôle nord pendant le demi-cycle positif de leur phase. Un schéma typique des enroulements est représenté schématiquement sur la figure 11.2 (a).
Cependant, la figure 11.2 (b) montre comment un champ tournant à deux pôles est produit par un stator à six enroulements. En raison de la relation entre les cycles alternés dans les trois phases, l'intensité du courant atteindra un pic dans les enroulements successifs autour du stator.
Ensuite, le pôle du champ de granulats sera à un moment donné aux enroulements 1A (nord) et IB (sud), puis aux pôles 3B (nord) et IB (nord), et 1A (sud), etc. La connexion d’une alimentation triphasée à un stator à six enroulements a pour effet de produire un champ magnétique bipolaire qui effectue un tour complet pour chaque cycle de l’alimentation.
Vitesse de rotation du champ:
Pour qu'un champ à deux pôles effectue un tour, chaque enroulement dans le stator doit avoir une polarité nord et une fois. Un champ à deux pôles tourne une fois par cycle, car chaque enroulement change de polarité une fois au cours d'un cycle.
Pour qu'un champ tétrapolaire effectue un tour complet, chaque enroulement doit avoir deux fois la polarité. Pour un champ à six pôles, un tour nécessite que les enroulements aient trois fois la polarité, et ainsi de suite.
Maintenant que nous voyons que les enroulements ne changent de polarité qu'une fois par cycle, il s'ensuit que plus il y a de pôles, plus la rotation du champ et la vitesse du rotor seront lentes. Par exemple, lorsque connecté à un 50 c / s. l’alimentation, un champ à deux pôles tourne à 3000 tr / min., un champ à quatre pôles à 1500 tr / min, un champ à six pôles à 1000 tr / min et un huitième champ à 750 tr / min.
La vitesse de cette rotation de champ s'appelle la vitesse synchrone, et ceci peut être décrit en termes de formule;
Vous pouvez faire tourner le champ dans le sens des aiguilles d’une montre ou dans le sens contraire des aiguilles d’une montre. En fait, pour inverser le sens de rotation, il suffit simplement d’inverser l’ordre des deux phases. Ainsi, par exemple, si les connexions de phase sont 1-2-3 et produisent une rotation dans le sens des aiguilles d'une montre, alors une rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre sera produite par les connexions 3-2-1, 2-1-3 ou 1-3-2.
3. Effet d'induction dans le rotor:
Lorsque l'enroulement du stator est connecté au stator, le champ magnétique rotatif balaye les conducteurs du rotor. Ces conducteurs sont donc dans un champ magnétique changeant. Chaque conducteur a une force électromotrice induite, et comme tous les conducteurs du rotor sont en court-circuit, et donc interconnectés par les bagues d'extrémité, les courants peuvent circuler.
L'effet est exactement le même que si les champs étaient stationnaires et que les conducteurs du rotor étaient tournés dans le sens opposé à celui dans lequel le champ du stator tournait.
La direction du courant dans les conducteurs du rotor peut donc être déterminée en appliquant la règle de la main droite de Fleming pour les générateurs. La figure 11.3 illustre clairement l'explication de l'induction du courant et de son effet provoquant une force et éventuellement la rotation du rotor.
En raison du principe d'induction, les courants sont induits dans les conducteurs du rotor, le principe du moteur entre en service et une force est exercée sur chaque conducteur. En appliquant la règle de Flemings sur la main gauche pour les moteurs, on peut constater que, dans tout conducteur, la force motrice opère dans le sens opposé à celui dans lequel le conducteur doit se déplacer pour induire le courant de motivation.
Dans un moteur à induction, la force exercée sur chaque conducteur tend à le déplacer dans le même sens que celui dans lequel le champ de stator en rotation le traverse. Ce phénomène est expliqué à la Fig. 11.4. Les forces agissant sur les conducteurs réunis produisent un couple qui fait tourner le rotor dans le sens de la rotation du champ. Le rotor continue donc de tourner tant que l'enroulement du stator est connecté à une alimentation saine.
Le couple produit par un moteur dépend de la force du courant circulant dans le rotor. Les courants lourds réagissent avec le champ tournant pour produire un couple élevé; et, selon le même principe, les courants légers ne produisent qu'un faible couple.
La force du courant induit dans le rotor dépend à son tour de la vitesse à laquelle le champ tournant balaye les conducteurs, c’est-à-dire du mouvement relatif entre le rotor et le champ, appelé glissement.
En fait, une grande quantité de glissement entraîne un courant induit important, mais si le rotor s'approche de la vitesse synchrone, les courants induits sont réduits et le couple diminue. Le rotor ne peut jamais atteindre une vitesse synchrone, car à cette vitesse, il n'y a pas de mouvement relatif entre le rotor et le champ, et aucun couple ne serait fourni.
La quantité de glissement et, par conséquent, la vitesse du moteur sont directement liées au couple requis pour entraîner la charge. Dans une machine à quatre pôles fonctionnant à 50 c / s. système d'alimentation et en développement, disons 50 chevaux, la vitesse du champ statorique serait de 1500 tr / min.
Désormais, lorsque le moteur tourne à pleine charge, la vitesse du moteur se situe entre 1450 et 1470 tr / min., En fonction du rendement du moteur. Cependant, si la charge était réduite, le moteur accélérerait légèrement et, sans charge, le moteur tournerait juste en dessous de 1500 tr / min., Par exemple entre 1490 et 1495 tr / min.
La vitesse du moteur dépend donc principalement de la vitesse synchrone du champ du stator et est légèrement modifiée par la charge entraînée. Il n’existe aucun moyen satisfaisant et éprouvé de contrôler ou de faire varier la vitesse d’un simple moteur à induction, de sorte que, dans la pratique, il s’agit d’un moteur à vitesse constante.
Pour cette raison, le moteur à induction est devenu si populaire que la plupart des entraînements ont besoin de vitesse constante. La civilisation industrielle moderne devrait remercier le scientifique pour son invention du moteur à induction en 1885.
4. Démarrage du moteur à induction:
Un moteur à induction à cage démarrera sous charge s'il est directement branché sur une tension d'alimentation plus complète. La méthode de démarrage est connue sous le nom de commutation ou de démarrage direct. Au moment du démarrage, le glissement (et donc le courant induit du rotor) est maximal, de sorte que le moteur tire un courant important de l'alimentation jusqu'à ce qu'il approche de la vitesse de fonctionnement normale.
Un moteur à cage peut prendre de cinq à six fois son courant normal à pleine charge.
Tous les plus petits moteurs à cage utilisés dans une mine, tels que ceux utilisés dans les équipements de façade, sont démarrés par commutation de ligne directe. Pour tenir compte du courant de démarrage, tous les dispositifs de protection du circuit du moteur sont conçus de manière à ne pas se déclencher pendant la période de démarrage.
Pendant la période de démarrage et de montée en puissance du moteur, le fort courant absorbé réduit la puissance disponible pour les autres machines partageant les lignes de distribution. Pour cette raison, les rotors de nombreux moteurs souterrains sont conçus pour limiter autant que possible la montée initiale de courant.
Une méthode pour limiter le courant de démarrage consiste à doter le rotor d’une cage double, voire triple. Le courant peut également être limité par une conception soignée des barres de cage.
La figure 11.5 montre un schéma d'un rotor à double cage et la figure 11.6 illustre les sections Barres de rotor généralement utilisées dans les rotors à double cage. En fait, le rotor à double cage est construit avec une cage haute résistance insérée dans la surface du noyau et une cage en cuivre à faible résistance bien enfoncée dans le noyau.
Au moment du démarrage, lorsque le rotor est à l'arrêt, la fréquence de la force électromotrice induite dans les barres de la cage, qui dépend de la différence entre les vitesses du rotor et du champ tournant, est d'environ 50 c / sie de la fréquence d'alimentation.
A cette fréquence, la cage de cuivre entourée de fer présente une réactance inductive très élevée, ce qui empêche le passage de courants lourds. Le courant induit dans la cage extérieure est suffisant pour permettre au moteur de démarrer avec un couple élevé (jusqu'à deux fois le couple de charge normal), mais la résistance de la cage limite le courant de démarrage.
Au fur et à mesure que le moteur prend de la vitesse, la différence entre les vitesses du rotor et du champ tournant est considérablement réduite et la fréquence de la force électromotrice induite devient beaucoup plus basse. La réactance de la cage de cuivre est donc beaucoup moins importante, les courants induits dans celle-ci sont donc plus forts (bien que la force électromotrice induite devienne beaucoup plus petite) et la cage assume la principale tâche de production de couple.
Il existe également un rotor à trois cages, qui comporte trois cages distinctes. Il commence sur une cage à très haute résistance, et une deuxième cage intermédiaire prend le relais avant que la cage principale en cours de fonctionnement ne soit enfin pleinement opérationnelle. Il existe cependant un autre type de rotor à cage unique qui fonctionne de manière très similaire à un rotor à double cage. Il comporte des barres avec des sections transversales spécialement conçues, illustrées à la Fig. 11.6, illustrant deux formes possibles.
Une grande partie de chaque barre est enfoncée profondément dans le noyau et cette partie présente une réactance élevée au démarrage. Le courant ne circule que dans les petites sections proches de la surface offrant une résistance élevée aux courants forts. Le moteur démarre donc avec un couple élevé et un courant de démarrage modéré.
Au fur et à mesure que le moteur prend de la vitesse, la réactance des parties profondes des barres diminue, de sorte que le courant peut circuler librement dans l'ensemble de chaque barre. La cage agit alors comme une cage à faible résistance.
Discutons brièvement des expressions du couple de démarrage (T s ) et du courant de démarrage (I s ), conformément au schéma équivalent présenté à la Fig. 11.7. Ces expressions sont données car elles aideront les ingénieurs en électricité à comprendre les performances et les problèmes des moteurs à induction.
Si P 1 = Entrée d’alimentation, V 1 = Tension d’entrée au stator et I 1 = = courant d’entrée au stator et si cos 1 est le facteur de puissance, alors
Puissance absorbée par phase
De ce fait, le I 1 2 R est dissipé dans les enroulements du stator et la perte (-E 1 ) I 1 chauffe le noyau en raison de l’hystérésis et des courants de Foucault. Ici, R 1 = résistance du stator et E 1 = force électromotrice induite par le stator par phase.
Par conséquent, P 1 peut être exprimé de la manière suivante:
L'angle entre les vecteurs (-E 1 ) et (-) I 2 est (comme le montre la figure 11.7 (b), montrant le diagramme vectoriel d'un moteur à induction) celui entre E 2 et I 2 dans le rotor, représenté par 2 Puisque (-E 1 ) est la composante de tension associée au flux mutuel et que (-I 2 ) est la composante de courant équivalente au courant du rotor, alors (-E 1, ) (-I 2 ) Cos 2 doit être la puissance délivrée par le transformateur au rotor, c.-à-d.
Cela s'explique par le fait que la fraction s est utilisée dans le rotor lui-même et perdue sous forme de chaleur. Maintenant, le reste (1-s) P2 ne figure pas dans le diagramme vectoriel parmi les grandeurs de rotor.
En fait, il est converti en puissance mécanique et développé au niveau de l’arbre du rotor, ce qui peut donc être exprimé par:
P m = (ls) P 2 (et cela inclut les forces de friction et de résistance au vent).
. . . Le tout peut être exprimé par:
C'est-à-dire que la puissance du rotor sera toujours divisée dans ce rapport. En fait, le couple est directement proportionnel à la puissance absorbée par le rotor, P2; et qui est elle-même proportionnelle à l'entrée du stator, considérant que les pertes dans le stator sont faibles. Par conséquent, l’entrée du moteur est directement proportionnelle au couple pour un flux principal et une tension de stator donnés.
5. Équipements de démarrage pour moteurs à induction:
Les équipements de démarrage sont principalement nécessaires pour réduire le courant de démarrage des moteurs. Et cela est fait avec l'aide d'un équipement de contrôle externe. Ces méthodes sont le démarrage étoile-triangle et le démarrage automatique.
Celles-ci sont parfois utilisées avec des moteurs plus lourds tels que ceux utilisés pour l'entraînement de pompes pour gros travaux etc. Dans de tels moteurs, si l'alimentation directe est utilisée pour démarrer le moteur, en raison d'un courant de démarrage important, l'alimentation serait interrompue.
Star-Delta à partir de:
Une machine conçue pour un démarrage étoile-triangle (contrairement à une machine conçue pour un démarrage direct ou un transformateur automatique) verra les deux extrémités de chaque phase extraites de bornes séparées, ce qui donnera un total de six bornes pour le champ stator. Un commutateur est ensuite connecté au circuit, comme indiqué sur la figure 11.8, de sorte que la connexion de champ du stator puisse être modifiée en modifiant la position du commutateur.
Le système fonctionne de cette manière: l'équipement est démarré avec le stator connecté en étoile; lorsque la machine a atteint sa vitesse maximale, le commutateur est commuté de sorte que les enroulements du stator soient connectés en triangle et que la machine continue à fonctionner normalement avec une connexion en triangle.
Pour tout enroulement de champ utilisé, le courant lorsque les phases sont connectées en étoile est inférieur (par
Le courant de démarrage est donc environ deux fois le courant à pleine charge. Le démarrage étoile-triangle réduit également le couple de démarrage dans une certaine mesure, mais il peut ne pas être possible de démarrer le moteur à pleine charge.
Pendant le démarrage, le bobinage étant connecté temporairement en étoile, la tension de phase est réduite à
Cette méthode de démarrage est économique et efficace tant que le couple de démarrage n’excède pas environ 50% du couple à pleine charge. Il peut être utilisé pour les machines-outils, les pompes, etc.
Résistance du stator démarrant: (SRS) :
Comme nous le savons d'après les principes des moteurs à induction, le rendement et le couple pour un glissement donné varient comme le carré de la tension appliquée. Par conséquent, toute réduction de la tension appliquée signifie la réduction simultanée du couple de démarrage.
Et ce principe est suivi dans la méthode de démarrage de résistance de stator en connectant des unités de résistance externes triphasées en série avec la borne de stator. La figure 11.8 (a) montre le circuit simple pour ce type de démarrage.
Lorsque la tension d'entrée du stator est réduite (en ajustant l'unité de résistance du stator externe) de sa valeur normale, par exemple à la fraction x, les courants à vide et en court-circuit seront modifiés dans une proportion presque identique. Mais le flux principal qui, dans la gamme des charges normales, est à peu près constant, est déterminé par la tension appliquée et sera réduit sensiblement proportionnellement à la tension réduite.
Le courant magnétisant sera réduit de la même manière, à condition que le circuit magnétique ne soit pas hautement saturé. De plus, les pertes dans le coeur sont proportionnelles à peu près au carré de la densité de flux et, par conséquent, de la tension; la composante active du courant à vide sera réduite proportionnellement à la chute de tension.
Alors que le court-circuit est donné par le quotient de la tension appliquée et de l'impédance de court-circuit, il y aura une approximation proche d'une fonction linéaire de la tension fournie. Par conséquent, si le courant de démarrage est réduit d’une fraction, disons x, de valeur normale, le couple de démarrage sera également réduit de x 2 par rapport à sa valeur normale.
Démarreur auto-transformateur:
Le courant de démarrage peut également être réduit en connectant deux autotransformateurs en «V» aux trois phases de l'enroulement du stator, comme illustré à la Fig. 11.9. Les autotransformateurs ont pour effet de réduire la tension appliquée à l'enroulement du stator, de sorte que le courant initial absorbé par le moteur est réduit.
Lorsque la machine approche de sa vitesse maximale, les autotransformateurs sont désactivés, de sorte que la tension d'alimentation maximale est ensuite appliquée au stator. Ici aussi, le couple de démarrage est réduit dans une certaine mesure. La Fig. 11.9 montre que l'autotransformateur est utilisé pour réduire la tension de phase à la fraction x de la valeur normale. Alors le courant moteur au démarrage est I s = xl sc, et le couple de démarrage T s = X 2 T sc
C'est exactement la même chose que dans le cas de la résistance dans le circuit du stator pour réduire la tension. Mais dans cette méthode, l’avantage est que la tension est réduite par transformateur et non par la résistance.
6. Moteurs asynchrones:
Les moteurs à induction alternatifs fonctionnent sur le même principe d'induction que les moteurs à cage d'écureuil. Cependant, ils diffèrent des moteurs à cage d'écureuil par la forme de rotor utilisée et par la méthode de démarrage. Contrairement aux moteurs à cage, la vitesse du moteur peut être contrôlée.
En règle générale, les moteurs à piston sont utilisés pour les gros travaux, tels que l'entraînement de gros compresseurs et les principaux transports, où une puissance élevée et un contrôle étroit du courant de démarrage sont essentiels. Même dans les moteurs d'enrouleurs principaux, des moteurs à bagues sont utilisés.
Les stators des moteurs à collecteur sont identiques à ceux des moteurs à cage d’écureuil, mais le rotor d’un moteur à collecteur est constitué d’un enroulement triphasé formé de conducteurs en cuivre et logé dans un noyau en fer doux laminé.
Les conducteurs et les enroulements sont isolés les uns des autres et du noyau, et toute l'isolation est imprégnée d'un vernis spécial de qualité électrique. Une extrémité de chaque enroulement de phase est connectée à un point étoile dans le rotor, les autres extrémités des enroulements sont amenées à trois glissières montées sur l'arbre du rotor.
Les colliers de rotor sont reliés à trois bornes par trois jeux de brosses. Une unité de démarrage, connectée aux bornes, complète le circuit du rotor de manière externe.
Le démarreur est composé de trois résistances variables connectées en étoile. Il est connecté aux trois bornes de commutation de sorte que chaque phase de l'enroulement du rotor ait une résistance variable en série, comme indiqué sur la figure 11.10.
La résistance du circuit rotorique peut donc être modifiée par une commande externe. Pour démarrer le moteur, les résistances sont réglées sur leur valeur la plus élevée. Lorsque l'alimentation de l'enroulement du stator est activée, le moteur démarre lentement avec un couple élevé et un courant de stator relativement faible.
Les résistances sont progressivement réduites, permettant ainsi au moteur d’accélérer, jusqu’à ce que les trois bornes soient effectivement court-circuitées et que le moteur tourne à pleine vitesse. Il est possible de faire fonctionner un moteur à piston en dessous de sa vitesse maximale en laissant des parties des résistances extérieures en série avec les enroulements du rotor.
La vitesse réelle du moteur dépendra de la charge qu'il entraîne et de la quantité de résistance laissée dans le circuit. Cette méthode permet de contrôler une gamme considérable de vitesses, mais il convient de prendre des précautions concernant les caractéristiques de vitesse de couple du moteur, sinon le moteur pourrait être endommagé.
Équipement de court-circuit:
Un moteur destiné à fonctionner en continu à une vitesse, tel qu'un moteur entraînant un compresseur, est parfois équipé d'un mécanisme pour court-circuiter les bagues, de sorte que le circuit du rotor puisse être complété à l'intérieur de la machine. Les brosses peuvent être soulevées simultanément, de sorte que leur usure soit réduite au minimum.
Si une machine est équipée d'un commutateur de court-circuit, le démarreur est connecté au rotor uniquement pendant la période de démarrage réelle, comme indiqué sur la figure 11.10. Lorsque le moteur a atteint sa vitesse de croisière, l'interrupteur de mise en court-circuit est actionné, généralement au moyen d'une poignée située sur le côté de l'enceinte à bagues, et le moteur fonctionne alors comme une machine connectée de manière interne.
Facteur de puissance:
Tous les moteurs asynchrones à cage d’écureuil et à induction fonctionnent avec un facteur de puissance en retard. Les moteurs à induction fonctionnant à pleine charge ont généralement des facteurs de puissance compris entre 0, 8 et 0, 9, en fonction de la conception de la machine. Si un moteur fonctionne à moins de sa pleine charge, le facteur de puissance se dégrade. En deçà de la moitié de la charge, il peut tomber à 0, 5 ou parfois même moins.
7. Moteurs synchrones utilisés dans les mines:
Comme un moteur à induction, un moteur synchrone comprend également un stator dans lequel tourne un rotor. Le stator, comme celui d'un moteur à induction, est enroulé de telle sorte que, lorsqu'il est connecté à une alimentation en courant alternatif triphasé, un champ tournant est généré. La vitesse de rotation dépend de la fréquence de l'alimentation et du nombre de pôles dans le champ.
Cependant, contrairement au moteur à induction, le rotor comporte un enroulement d'excitation qui est alimenté par une alimentation en courant continu. L'alimentation est alimentée par des balais reposant sur deux colliers et le rotor est enroulé de manière à produire un champ polarisé stable, ayant le même nombre de pôles que le champ du stator.
Maintenant, lorsque le champ de stator est alimenté par une alimentation en courant alternatif triphasé et que le rotor est alimenté par une alimentation en courant continu, chaque pôle du rotor est attiré par un pôle opposé du champ tournant.
Les pôles du rotor suivent donc les pôles en rotation correspondants, de sorte que le rotor tourne à la même vitesse que le champ stator, c’est-à-dire qu’il tourne à une vitesse synchrone et que ce moteur est appelé moteur synchrone. La vitesse de ce type de moteur est cependant invariable.
Départ:
Un moteur synchrone, en tant que tel, ne peut pas démarrer seul car il ne génère aucun couple de démarrage. Le couple est en fait produit uniquement lorsque les pôles du rotor suivent les pôles du champ tournant, de sorte que; avant que le moteur puisse commander sa charge, le rotor doit déjà fonctionner à une vitesse approximativement synchrone. Pour démarrer un moteur synchrone, une méthode doit être utilisée pour le mettre en vitesse avant de mettre le rotor sous tension.
Diverses méthodes ont été utilisées pour faire fonctionner les moteurs synchrones au démarrage. Une méthode consiste à construire un petit moteur à induction séparé, appelé moteur poney, sur l'arbre principal, mais cette méthode est maintenant rarement utilisée. La plupart des moteurs synchrones utilisés dans les mines ont un enroulement incorporé dans le rotor principal, de sorte qu'il peut être démarré en tant que moteur à induction, en utilisant le champ principal.
Les trois types de moteurs synchrones les plus couramment utilisés dans les mines sont le moteur à induction synchrone, les moteurs auto-synchrones et les moteurs synchrones à cage. En fait, ceux-ci se distinguent par les méthodes de leur démarrage.
Moteur à induction synchrone:
Un type de moteur à induction synchrone comporte un rotor à deux enroulements. Un enroulement est l'enroulement d'excitation qui est connecté à l'alimentation en courant continu via deux colliers. L’autre enroulement est un enroulement à induction triphasé relié aux résistances de démarrage par trois autres colliers. Le moteur comporte donc cinq bagues comme indiqué sur la figure 11.11 (a).
Le moteur est démarré en tant que moteur à induction alternatif, utilisant des résistances de démarrage. Lorsque le moteur a atteint une vitesse approximativement synchrone, l'alimentation de l'excitateur à courant continu est activée et le bobinage d'induction est en circuit ouvert.
Dans un autre type de moteur à induction synchrone, le rotor a un enroulement triphasé avec trois colliers. Le moteur démarre comme une machine à découper utilisant 7 résistances de démarrage. Lorsque le moteur approche de la vitesse synchrone, l'alimentation de l'excitateur à courant continu est activée et l'enroulement d'induction est ouvert.
Avec certains moteurs, seulement deux bagues sont utilisées par l'alimentation de l'excitateur, une phase de l'enroulement du rotor étant inopérante. En variante, dans les autres moteurs, les trois colliers sont utilisés, les deux phases des enroulements étant en parallèle et les troisièmes en série, comme indiqué à la Fig. 11.11 (b).
Moteur synchrone automatique:
Un moteur automatique synchrone est similaire à un moteur à induction synchrone, sauf qu'il est conçu pour éliminer le besoin de commutation lorsque le moteur approche de la vitesse de fonctionnement normale. L'enroulement du rotor est connecté en permanence à l'excitateur par l'intermédiaire du piston et des brosses.
Le moteur démarre en tant que moteur à induction, le circuit du rotor étant complété par le générateur à courant continu. Lorsque le moteur s'accélère, le courant continu circule dans l'enroulement du rotor en plus du courant alternatif induit. Lorsque le rotor atteint une vitesse synchrone, aucun courant n'est induit dans le rotor, car il n'y a pas de mouvement relatif entre le champ et le rotor.
Moteur synchrone à cage:
Le rotor de ce type a uniquement l'enroulement d'excitation mis en évidence par les colliers, mais il existe également une forme de cage noyée dans le noyau du rotor. Le moteur est démarré en tant que moteur de cage. Lorsque le moteur approche de la vitesse synchrone, l'alimentation en courant continu est activée.
Lorsque le moteur est en marche, la cage agit comme un enroulement amortisseur et empêche toute «chasse», c’est-à-dire de légères variations de la vitesse du moteur pouvant provoquer des vibrations. Le démarrage par autotransformateur est généralement utilisé, mais certaines machines de ce type sont démarrées directement par des commutateurs de ligne.
Circuit d'excitation:
Le courant d'excitation du rotor est généralement obtenu à partir d'un petit générateur excitateur monté sur le même arbre que le rotor et faisant partie intégrante de la machine. La seule alimentation externe requise est donc l’alimentation principale normale.
Une unité de contrôle est fournie, qui permet de faire varier le courant circulant dans l’enroulement du rotor. Pour toute charge donnée, un courant d'excitation minimum est requis. Le couple que le moteur est capable de produire dépend de la force du champ du rotor. Si ce champ est trop faible, il ne développera pas un couple suffisant pour entraîner la charge, ce qui provoquera un décrochage.
Facteur de puissance:
À l'excitation minimale, le moteur fonctionne avec un facteur de puissance très faible, compris entre 0, 6 et 0, 8, en fonction de la charge et de la conception de la machine. Si le courant d'excitation dépasse le minimum nécessaire pour entraîner la charge, la vitesse et le couple restent constants, mais le facteur de puissance s'améliore.
À une certaine valeur du courant d'excitation, le facteur de puissance unitaire est atteint. Si le courant d'excitation est encore augmenté, un facteur de puissance principal se développe, et à partir de celui-ci, la puissance principale diminue lorsque le courant d'excitation augmente. En cas de surexcitation importante, un moteur synchrone peut fonctionner avec un facteur de puissance maximal de 0, 6 ou moins.
Les usages:
En raison de leurs caractéristiques de démarrage difficiles et du fait que leur vitesse est invariable, les moteurs synchrones ne sont utilisés que lorsqu'un entraînement continu à vitesse constante est requis.
Dans les mines, les moteurs synchrones sont couramment utilisés pour entraîner le bobinier principal, le ventilateur principal et les compresseurs à usage intensif. En raison de leur capacité à fonctionner avec un facteur de puissance avancé, ces moteurs offrent une méthode de correction du facteur de puissance pour le système électrique du charbon.
8. Résistance d’isolation d’un moteur à induction:
L'inspection et l'entretien des courants alternatifs à intervalles réguliers sont essentiels si une mine doit fonctionner correctement. Le fonctionnement du service de routine est décrit ci-dessous. Cependant, toutes ces opérations ne peuvent pas être effectuées en bye ou à la houille, c'est-à-dire à l'intérieur de la mine. C'est pourquoi les moteurs utilisés sous terre à la houille ou à la porte sont périodiquement remis à la surface pour une révision complète.
Le programme de maintenance de chaque moteur, indiquant les fréquences de contrôle et les contrôles à effectuer chaque fois, doit être établi par l’ingénieur électricien de la mine, en tenant compte de l’importance et des performances de chaque machine. Et cela doit être strictement suivi par la direction, ainsi que par les électriciens, les opérateurs et les ingénieurs.
Inspection de la résistance d'isolation:
Dans le cas d'un moteur à induction à cage d'écureuil, l'isolation de l'enroulement du stator et, dans le cas d'un moteur à induction à collecteur, la résistance d'isolement du rotor ainsi que du collecteur, doivent être inspectées de temps à autre. L’ingénieur électricien des mines doit fixer cet intervalle en tenant compte de l’environnement opérationnel et de la performance des moteurs. Généralement, l'intervalle est tous les deux mois.
Toutefois, à titre indicatif, une attention régulière doit être accordée aux domaines suivants:
Etat du moteur dû à la pénétration de saleté:
(1) La poussière de charbon et le dépôt d'humidité doivent être vérifiés régulièrement.
(2) Il convient de vérifier le rétrécissement de l'isolant qui aura tendance à desserrer les enroulements dans leurs fentes.
Remède:
(i) Le moteur doit être nettoyé à intervalles réguliers en insufflant de l'air chaud et sec, en le soutenant ou en le chauffant avec des ampoules de forte puissance.
(ii) Le bobinage doit être débarrassé de toute humidité.
(iii) Après cette opération, le bobinage doit être séché, verni, puis cuit à une température de 90 à 100 ° C pendant au moins 6 à 8 heures.
(3) Un vernis fissuré et usé rendra l'isolation vulnérable à la pénétration de saleté et d'humidité.
Remède:
Le bobinage doit être cuit correctement et ensuite verni.
(4) Il convient de vérifier le vieillissement ou l'usure de l'isolant, des câbles, des bagues, des roulements, des borniers et des barres.
Remède:
Les fils d’isolation, les bagues, les roulements et les bornes vieillis et usés doivent être remplacés.
(5) Les signes de frottement entre le rotor et le stator et leur cause doivent être notés.
Remède:
Les roulements doivent être remplacés et / ou les supports d'extrémité avec un logement de roulement usé ou endommagé doivent être remplacés par des nouveaux.
(6) Avant tout, un enregistrement des résultats des tests de résistance à l'isolation doit être conservé à intervalles réguliers.
Test important:
(1) La résistance d'isolement entre les enroulements du stator et la terre est testée périodiquement à l'aide d'un test de résistance d'isolement standard, tel que Megger ou Metro. La valeur des tests successifs est enregistrée, de sorte que toute tendance à la détérioration de l’isolation puisse être notée.
Si les phases de l'enroulement du stator ne sont pas interconnectées de manière interne, c'est-à-dire s'il y a six conducteurs sur le stator, la résistance d'isolement entre chaque paire de phases peut également être prise et enregistrée. Dans le cas d'un moteur à rotor bobiné, la résistance d'isolement entre les bagues et l'arbre du rotor est mesurée et enregistrée.
(2) Il est conseillé de vérifier régulièrement la résistance des enroulements lorsque le stator est connecté en interne, c’est-à-dire que dans ce cas il y aura trois conducteurs, la résistance entre chaque paire de conducteurs est vérifiée avec une lecture directe ohm mètre.
Cependant, si le stator a six conducteurs, la résistance de chaque phase est déterminée en effectuant des tests entre les deux extrémités de chaque enroulement. Dans les deux tests, les trois lectures obtenues doivent être approximativement égales. Les fabricants indiquent généralement la valeur dans leur certificat de test. La résistance mesurée doit être égale à cette valeur. Grâce à ce test, il est possible de déterminer un court-circuit inter-virage ou même l'apparition d'un défaut dans la connexion.
