Simulation de moteur asynchrone — glissement, couple et champ tournant

temps physique

Glisser pour orbiter ·défiler pour zoomer · cliquer une pièce
Une seule horloge pilote le rotor, le champ et les courbes de courant.

Matériaux industriels · finition physiqueFonte peinte / cuivre émaillé / acier feuilleté
Les couleurs pédagogiques sont des superpositions, pas du métal coloré.

Phase UPhase VPhase WNSpôles d’alésage

Champ B · coupe transversale projetée➜ courant conventionnel

Construction du laboratoire d'induction

Géométrie procédurale · états électriques et mécaniques couplés · aucun réseau requis

Vitesse du rotor—tr/min

Champ synchrone—tr/min

Glissement—%

Couple électromagnétique—N·m

Courants de phase instantanés

décalés de 120°

Champ tournant

angle électrique

Caractéristique couple–vitesse

modèle SI

Alimentation triphasée

CA sinusoïdal équilibré

Connexion étoile · pas d’alimentation du rotor

Fréquence d’alimentation

Tension entre phases

Maintenir V/f sous la vitesse de base

Charge mécanique

Couple résistant de l’arbre

Aucune charge

Une charge de frottement lisse s’oppose à la rotation dans les deux sens.

Verrouiller le rotornᵣ = 0

Expériences de banc

L’état initial est un point de fonctionnement stabilisé à 50 Hz. Démarrez à l’arrêt pour observer l’induction se constituer et le rotor accélérer.

Courant de phase du stator: —
Fréquence du courant de rotor: —
Puissance électromécanique: —
Temps simulé: —

À 1/25×, une alimentation réelle à 50 Hz est affichée à 2 Hz. Les valeurs des instruments restent en unités SI réelles.

Montrer le mécanisme

Lignes de champ magnétiquechemins fermés

Flèches de direction du courantinstantanées

Étiquettes de pôles magnétiquespas des aimants

Annotations des pièces

Masquer le fer du rotorexposer la cage

Séparation axiale d’inspection

Déplace les pièces pour l’inspection seulement. L’assemblage simulé reste connecté.

Expérience de continuité électrique

Déconnecte les 28 barres de l’anneau côté entraînement. Avec chaque branche du rotor ouverte, le courant induit et le couple électromagnétique s’annulent dans le modèle de commutation idéal.

Se concentrer sur un sous-système

Cliquez une pièce solide du modèle pour lire sa construction et son rôle fonctionnel. Utilisez les rayons X pour inspecter les composants masqués par le fer ou le carter.

Étude des matériaux et finitions

Surfaces industrielles, pas un seul nuancier métallique appliqué à chaque composant.

Fonte peinteFinition époxy non métallique, grain de fonderie et arêtes arrondies.
Bobinage en cuivre émailléVernis ambré et reflets de cuivre lisses ; pas de faisceaux de fils colorés par phase.
Tôles d’acier électriqueFins bords d’empilement isolés ; faces d’extrémité en acier poinçonné.
Cage en aluminium moulé sous pressionBarres gris argenté et anneaux de court-circuit avec une finition de moulage discrète.
Acier tourné et rectifiéReflet d’usinage directionnel, surfaces de roulement polies et fixations zinguées.
Isolation et élastomèresPolymère mat du ventilateur, joints en caoutchouc, cales d’encoche et liens de bobinage tissés.

Inspection de surface

Éclairage de studio

Éclairage

Exposition

Microtexture de surfacehauteur / rugosité

Les matériaux suivent une construction industrielle conventionnelle en fonte / cage en aluminium. Les dimensions et couleurs de surface sont des approximations visuelles, pas des échantillons mesurés d’un moteur spécifique. L’éclairage et la microtexture ne changent pas le modèle électrique.

Modèle, équations et limites

Asynchrone, par construction.

Trois bobinages CA répartis créent un champ tournant à quatre pôles. Le glissement induit un courant dans la cage fermée. Le couple électromagnétique résultant accélère le rotor contre la charge et le frottement.

nₛ = 120 f / P
s = (nₛ − nᵣ) / nₛ
fᵣ = |s| f
J dωᵣ/dt = Tₑ − Tₗ − bωᵣ

L’affichage, les formes d’onde électriques et le mouvement mécanique utilisent une seule horloge physique ralentie. À 1/25×, une alimentation réelle à 50 Hz est affichée à 2 Hz. Les valeurs des instruments restent en unités SI réelles.

Équations électriques et mécaniques

Le solveur d’état utilise un repère αβ fixe, à amplitude invariante. Les variables du rotor sont ramenées au stator.

ψₛ = Lₛ iₛ + Lₘ iᵣ
ψᵣ = Lₘ iₛ + Lᵣ iᵣ
dψₛ/dt = vₛ − Rₛ iₛ
dψᵣ/dt = −Rᵣ iᵣ + j p ωᵣ ψᵣ
Tₑ = (3/2)p(ψₛα iₛβ − ψₛβ iₛα)

Intégration Runge-Kutta d’ordre quatre avec un pas maximal de 83,33 μs. P = 4 pôles ; p = P/2 = 2 paires de pôles. Les valeurs de résistance sont par phase, ramenées au stator. Rₛ = 1,4 Ω ; Rᵣ = 1,0 Ω ; Lₘ = 180 mH ; Lₗₛ = Lₗᵣ = 6 mH ; J = 0,032 kg·m² ; b = 0,003 N·m·s/rad.

Topologie du bobinage et de la cage

24 encoches, 4 pôles, 3 phases : q = 2 encoches par pôle et par phase. Un bobinage à simple couche contient 12 bobines, quatre en série par phase, connectées en étoile. Le pas de bobine complet est de six encoches (180° électriques). Six spires continues sont explicitement dessinées par bobine illustrative.

Côtés U positifs : encoches 1, 2, 13, 14. V : 5, 6, 17, 18. W : 9, 10, 21, 22. Chaque côté négatif se trouve six encoches plus loin, modulo 24. Les zones de phase avancent U+, W−, V+, U−, W+, V−.

La cage compte 28 barres inclinées de 15° mécaniques et deux anneaux continus. Les flèches de courant de barre utilisent la fondamentale spatiale du courant αβ du rotor. Les courants d’anneau satisfont la continuité nodale ; leur amplitude affichée est normalisée, pas une mesure calibrée en ampères de barre.

Ce que signifient les lignes de champ

Le champ transversal est reconstruit à partir du flux magnétisant résolu. Les lignes fermées sont des contours de A_z = F(r) sin(2θ), avec une perméabilité par morceaux dans le fer du rotor, l’entrefer, le fer du stator et l’air extérieur. Les conditions d’interface sont résolues analytiquement ; les flèches suivent B = ∇×A.

Ceci est un modèle de champ circulaire, harmonique fondamental, avec une nappe de courant équivalente à l’alésage du stator — pas une solution par éléments finis des dents individuelles. La coupe est projetée légèrement en avant du noyau pour la visibilité. Les étiquettes de pôle indiquent la polarité résultante instantanée de l’alésage du stator. Les lignes de champ retournent par le fer ; il n’y a pas d’aimants permanents au rotor.

Perméabilité relative schématique du fer : 400. La densité de flux absolue n’est pas calibrée en tesla. L’entrefer visible est agrandi. Les harmoniques d’encoches, l’effet de bord, le détail du champ de fuite et la saturation du fer ne sont pas résolus.

Expériences et limites importantes

Alimentation ouverte : circuit ouvert idéal du stator ; le flux du rotor décroît et l’arbre roule en roue libre. Cage ouverte : chaque barre est déconnectée d’un anneau, si bien qu’aucun chemin de courant de rotor fermé ne subsiste. Verrouillage : une contrainte mécanique externe retient l’arbre. Synchronisme : un servomoteur externe impose la vitesse du champ ; le courant de rotor transitoire décroît plutôt que de disparaître instantanément.

L’ouverture idéale projette le courant du bobinage déconnecté à zéro. Énergie d’arc, transitoires de commutation, élévation de température, saturation, effets de barre profonde, bruit acoustique, contact élastique et tolérances mécaniques sont omis. La géométrie est un assemblage de référence éducatif, pas un moteur commercial certifié dimensionnellement ni un simulateur de dispositif de protection.

La droite couple-vitesse est la courbe du circuit équivalent en régime permanent des mêmes paramètres R/L. Pendant les régimes transitoires, le point de fonctionnement en direct peut s’écarter de cette courbe. Le frottement à basse vitesse utilise une transition tanh lisse ; ce n’est pas un modèle détaillé d’adhérence statique.

Matériaux physiques et rendu

Le carter et les flasques utilisent une peinture époxy diélectrique sur fonte. Le bobinage de cuivre a un aspect émail / vernis, distinct des gaines de phase colorées. Les barres du rotor et les anneaux utilisent une finition de référence en aluminium moulé sous pression. Les bords d’empilement d’acier électrique exposés, l’acier rectifié, le laiton, le placage de zinc, les cales isolantes, les ligatures, le polymère du ventilateur et le caoutchouc ont des réponses de surface distinctes.

Ombrage métallique/rugosité GGX avec reflets métalliques directionnels, une approximation de vernis, hauteur et rugosité procédurales dans l’espace objet, joints de feuilletage filtrés, réflexions de studio rectangulaires analytiques et cartes d’ombre filtrées. Ce n’est ni du lancer de rayons, ni un rendu spectral mesuré, ni une identification de matériau par éléments finis, ni un moteur de production numérisé.

La texture de grain et la plaque signalétique sont générées localement. Aucune image, police, bibliothèque ni autre ressource n’est récupérée. La plaque signalétique est étiquetée comme référence éducative et n’est pas une cote de produit certifiée.

Sources de référence

Référence d’un logiciel de simulation : machine asynchrone à cage d’écureuil — équations de flux, tension et couple ; modélisation en référentiel.

Bibliothèque technique d’un fabricant de moteurs : le moteur asynchrone triphasé — induction, glissement, construction de la cage et comportement couple–vitesse.

Bibliothèque technique d’un fabricant de moteurs : principe de rotation du moteur asynchrone — courants de rotor induits et couple électromagnétique.

Catalogue d’un fabricant de moteurs : moteur électrique triphasé industriel, pages de construction — carcasse en fonte, cage en aluminium, bobinage imprégné, arbre en acier, matériaux du ventilateur et de la plaque signalétique. Ce modèle n’est la réplique d’aucun produit.

Catalogue d’un fabricant de moteurs : moteurs à performance générale — construction en fonte, bobinage en cuivre et peinture de protection.

Ces références sont citées pour approfondir. L’exposition elle-même n’a pas besoin de réseau.

Commandes

Glisser : orbiter. Défiler ou pincer : zoomer. Glisser du bouton droit ou Maj-glisser : translater. Cliquer une pièce : inspecter. Modèle 3D au focus : Espace lance ou met en pause, R réinitialise la caméra, X active les rayons X, F montre la coupe de champ, et Échap ferme l’inspection et libère les touches. Avancer fait progresser 1 ms de temps physique.

Autovérifications numériques

Aucun rapport d’autovérification dans cette session.

Moteur asynchrone triphasé

Courants de phase instantanés

Champ tournant

Caractéristique couple–vitesse

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