Pourquoi choisir un rotor à gorge profonde pour un moteur asynchrone à cage d'écureuil ?

Avec la popularisation des alimentations à fréquence variable, le problème du démarrage des moteurs est devenu facile à résoudre, mais pour les alimentations classiques, le démarrage desrotor à cage d'écureuilLes moteurs asynchrones ont toujours posé problème. L'analyse de leurs performances au démarrage et en fonctionnement révèle que, pour augmenter le couple de démarrage et réduire le courant au démarrage, la résistance rotorique doit être plus élevée ; or, en fonctionnement, pour réduire les pertes par effet Joule et améliorer le rendement du moteur, cette même résistance doit être plus faible ; il s'agit là d'une contradiction manifeste.
Pour les moteurs à rotor bobiné, la possibilité de connecter la résistance en série au démarrage puis de la déconnecter en fonctionnement répond parfaitement à cette exigence. Cependant, le moteur asynchrone à rotor bobiné présente une structure complexe, un coût élevé et une maintenance difficile, ce qui limite son application. C'est pourquoi on s'intéresse de plus en plus aux moteurs à cage d'écureuil, dont les encoches rotoriques ont été étudiées.moteur asynchroneOn cherche à exploiter l'« effet de peau » pour obtenir une résistance au démarrage élevée et une faible résistance en fonctionnement. Les moteurs à rotor à encoches profondes et à double cage d'écureuil présentent ces performances au démarrage. Aujourd'hui, nous allons nous intéresser aux moteurs à rotor à encoches profondes.

Moteur asynchrone à fente profonde

Afin d'amplifier l'effet de peau, les encoches du rotor du moteur asynchrone à encoches profondes sont profondes et étroites, le rapport profondeur/largeur étant de l'ordre de 10 à 12. Lors du passage du courant dans les barres du rotor, le flux de fuite au niveau du fond des barres est nettement supérieur à celui au niveau de l'ouverture des encoches. Par conséquent, si l'on considère les barres comme un ensemble de conducteurs de faible section, connectés en parallèle et répartis sur toute la hauteur des encoches, les conducteurs les plus proches du fond présentent une réactance de fuite plus élevée, et inversement, plus ils sont proches de l'ouverture, plus leur réactance de fuite est faible.
Au démarrage, la fréquence du courant rotorique étant élevée et la réactance de fuite importante, la répartition du courant dans chaque conducteur de petit diamètre dépend de cette réactance. Plus la réactance de fuite est grande, plus le courant de fuite est faible. Ainsi, sous l'effet d'un même potentiel induit par le flux magnétique principal de l'entrefer, la densité de courant près du fond de l'encoche dans les barres est très faible, et augmente à mesure que l'on se rapproche de l'ouverture de l'encoche.
En raison de l'effet de peau, la majeure partie du courant étant concentrée dans la partie supérieure de la barre conductrice, le rôle de la barre conductrice située au fond de l'encoche devient négligeable. Ceci équivaut à réduire la hauteur et la section de la barre conductrice, ce qui entraîne une augmentation de la résistance rotorique et répond à l'exigence d'une résistance élevée au démarrage. Une fois le moteur démarré et en fonctionnement normal, la réactance de fuite de l'enroulement rotorique est bien inférieure à la résistance rotorique en raison de la basse fréquence du courant rotorique. Par conséquent, la distribution du courant dans les conducteurs de faible section est principalement déterminée par la résistance.

Comme la résistance de chaque petit conducteur est égale, le courant dans la barre conductrice se répartit uniformément, ce qui annule quasiment l'effet de peau et réduit la résistance de la barre conductrice du rotor, la rapprochant de la résistance en courant continu. On constate ainsi que la résistance du rotor diminue automatiquement en fonctionnement normal, ce qui permet de réduire les pertes par effet Joule et d'améliorer le rendement.
Quel est l'effet sur la peau ?

L'effet de peau est également appelé effet de peau. Lorsqu'un courant alternatif traverse un conducteur, le courant se concentre à sa surface. Ce phénomène est appelé effet de peau. Lorsque le courant ou la tension circule dans un conducteur contenant des électrons de haute fréquence, il se concentre à la surface du conducteur au lieu d'être réparti uniformément dans sa section.

L'effet de peau influe non seulement sur la résistance du rotor, mais aussi sur sa réactance de fuite. Le trajet du flux de fuite à travers l'encoche montre que le courant traversant un conducteur de petit diamètre génère un flux de fuite uniquement entre ce conducteur et l'encoche, et non entre ce conducteur et le fond de l'encoche, car ce dernier n'est pas parcouru par le courant. Ainsi, pour un même courant, le flux de fuite généré est plus important près du fond de l'encoche que près de celle-ci. On constate donc que lorsque l'effet de peau concentre le courant dans le conducteur vers l'encoche, le flux de fuite généré par ce même courant diminue, réduisant ainsi la réactance de fuite de l'encoche. Par conséquent, l'effet de peau augmente la résistance du rotor et réduit sa réactance de fuite.

L'intensité de l'effet de peau dépend de la fréquence du courant rotorique et de la profondeur des encoches. Plus la fréquence est élevée et plus les encoches sont profondes, plus l'effet de peau est important. Pour un même rotor, une fréquence différente induit un effet de peau différent, et les paramètres du rotor diffèrent également. C'est pourquoi la résistance rotorique et la réactance de fuite en fonctionnement normal et au démarrage doivent être clairement distinguées et ne pas être confondues. À fréquence égale, l'effet de peau est très marqué pour les rotors à gorge profonde, mais il influe également, dans une certaine mesure, sur les rotors à cage d'écureuil de structure classique. Par conséquent, même pour un rotor à cage d'écureuil de structure classique, les paramètres du rotor doivent être calculés séparément au démarrage et en fonctionnement.
La réactance de fuite du rotor de la rainure profondemoteur asynchroneGrâce à la forme à gorge profonde du rotor, l'effet de peau est réduit, mais même après cette réduction, la réactance de fuite du rotor reste supérieure à celle d'un rotor à cage d'écureuil classique. Par conséquent, le facteur de puissance et le couple maximal des moteurs à gorge profonde sont légèrement inférieurs à ceux des moteurs à cage d'écureuil classiques.