Moteurs à induction à rotor bobiné

Un rotor bobiné Le moteur à induction a un stator comme un moteur à induction à cage d'écureuil, mais un rotor avec des enroulements isolés sortis via des bagues collectrices et des balais.

Cependant, aucune puissance n'est appliquée aux bagues collectrices. Leur seul but est de permettre de mettre la résistance en série avec les enroulements du rotor lors du démarrage (figure ci-dessous). Cette résistance est court-circuitée une fois que le moteur est démarré pour que le rotor ressemble électriquement à la contrepartie de la cage d'écureuil.

Moteur à induction à rotor bobiné

Q : Pourquoi mettre la résistance en série avec le rotor ?

R : Les moteurs à induction à cage d'écureuil consomment de 500 % à plus de 100 % du courant à pleine charge (FLC) pendant le démarrage. Bien que ce ne soit pas un problème grave pour les petits moteurs, c'est pour les gros moteurs (10 kW).

Placer une résistance en série avec les enroulements du rotor diminue non seulement le courant de démarrage, le courant de rotor bloqué (LRC), mais augmente également le couple de démarrage, le couple de rotor bloqué (LRT). La figure ci-dessous montre qu'en augmentant la résistance du rotor de R₀ à R₁ à R₂ , le pic de couple de claquage est décalé vers la gauche à vitesse nulle.

A noter que ce pic de couple est bien supérieur au couple de démarrage disponible sans résistance rotorique (R₀ ) le glissement est proportionnel à la résistance du rotor et le couple d'arrachement est proportionnel au glissement. Ainsi, un couple élevé est produit lors du démarrage.

Le pic de couple de panne est déplacé à vitesse nulle en augmentant la résistance du rotor

La résistance diminue le couple disponible à pleine vitesse de fonctionnement. Mais cette résistance est réduite au moment où le rotor est démarré. Un rotor court-circuité fonctionne comme un rotor à cage d'écureuil. La chaleur générée lors du démarrage est principalement dissipée à l'extérieur du moteur dans la résistance de démarrage.

La complication et l'entretien associés aux brosses et aux bagues collectrices sont un inconvénient du rotor bobiné par rapport au rotor à cage d'écureuil simple.

Ce moteur est adapté au démarrage de charges à forte inertie. Une résistance de démarrage élevée rend le couple de traction élevé disponible à vitesse nulle. À titre de comparaison, un rotor à cage d'écureuil ne présente un couple d'extraction (pic) qu'à 80 % de sa vitesse synchrone.

Contrôle de la vitesse

La vitesse du moteur peut être modifiée en remettant une résistance variable dans le circuit du rotor. Cela réduit le courant et la vitesse du rotor. Le couple de démarrage élevé disponible à vitesse nulle, le couple de claquage rétrogradé, n'est pas disponible à vitesse élevée.

Voir R₂ courbe à 90 % Ns, la figure ci-dessous. Résistances R₀ , R₁ , R₂ , R₃ augmentation de la valeur à partir de zéro.

Une résistance plus élevée à R₃ réduit encore la vitesse. La régulation de la vitesse est médiocre par rapport aux charges de couple changeantes. Cette technique de contrôle de vitesse n'est utile que sur une plage de 50 % à 100 % de la pleine vitesse.

Le contrôle de la vitesse fonctionne bien avec les charges à vitesse variable comme les élévateurs et les presses à imprimer.

La résistance du rotor contrôle la vitesse du moteur à induction à rotor bobiné

Générateur à induction à double alimentation

Nous avons précédemment décrit un moteur à induction à cage d'écureuil agissant comme un générateur s'il est entraîné plus rapidement que la vitesse synchrone. (Voir Alternateur de moteur à induction) Il s'agit d'un générateur à induction à alimentation unique , ayant des connexions électriques uniquement aux enroulements du stator.

Un moteur à induction à rotor bobiné peut également agir comme un générateur lorsqu'il est entraîné au-dessus de la vitesse synchrone. Puisqu'il existe des connexions au stator et au rotor, une telle machine est connue sous le nom de générateur à induction à double alimentation (DFIG).

La résistance du rotor permet une survitesse du générateur à induction à double alimentation

Le générateur à induction à alimentation unique n'avait qu'une plage de glissement utilisable de 1% lorsqu'il était entraîné par un couple de vent gênant. Étant donné que la vitesse d'un moteur à induction à rotor bobiné peut être contrôlée sur une plage de 50 à 100 % en insérant une résistance dans le rotor, nous pouvons nous attendre à la même chose du générateur à induction à double alimentation.

Non seulement nous pouvons ralentir le rotor de 50%, mais nous pouvons également le surviter de 50%. C'est-à-dire que nous pouvons faire varier la vitesse d'un générateur à induction à double alimentation de ± 50 % par rapport à la vitesse synchrone. Dans la pratique, ± 30 % est plus pratique.

Si le générateur survitesse, la résistance placée dans le circuit du rotor absorbera l'excès d'énergie tandis que le stator alimente en permanence la ligne électrique à 60 Hz (figure ci-dessus). En cas de sous-vitesse, une résistance négative insérée dans le circuit rotorique peut combler le déficit énergétique, permettant toujours au stator d'alimenter la ligne électrique avec une puissance de 60 Hz.

Le convertisseur récupère l'énergie du rotor du générateur à induction à double alimentation

En pratique, la résistance du rotor peut être remplacée par un convertisseur absorbant la puissance du rotor et alimentant la ligne électrique au lieu de la dissiper. Cela améliore l'efficacité du générateur.

Le convertisseur emprunte de l'énergie à la ligne électrique pour le rotor du générateur à induction à double alimentation, lui permettant de bien fonctionner sous la vitesse synchrone

Le convertisseur peut « emprunter » de l'énergie à la ligne pour le rotor en sous-vitesse, qui la transmet au stator. La puissance empruntée, ainsi que l'énergie de l'arbre plus importante, passe au stator qui est connecté à la ligne électrique.

Le stator semble fournir 130 % de l'électricité à la ligne. Gardez à l'esprit que le rotor « emprunte » 30 %, laissant la ligne avec 100 % pour le DFIG théorique sans perte.

Qualités du moteur à induction à rotor bobiné

• Excellent couple de démarrage pour les charges à forte inertie.
• Courant de démarrage faible par rapport au moteur à induction à cage d'écureuil.
• La vitesse est la variable de résistance sur 50 % à 100 % de la vitesse maximale.
• Maintenance plus élevée des balais et des bagues collectrices par rapport au moteur à cage d'écureuil.
• La version génératrice de la machine à rotor bobiné est connue sous le nom de générateur à induction à double alimentation , une machine à vitesse variable.

FICHE DE TRAVAIL CONNEXE :

• Fiche de travail sur la théorie des moteurs à courant alternatif