Moteur à courant continu

Les valeurs nominales sont notées sur la plaque signalétique Définitions de base Vitesse de base C'est la vitesse nominale du moteur obtenue pour la charge nominale, la tension d'induit nominale, l'excitation nominale, à la température de service normale. Les valeurs nominales sont notées sur la plaque signalétique  

Conception d'ensemble STATOR La carcasse, les pôles principaux et les pôles de commutation sont entièrement feuilletés. Les composants du stator sont soudés ensemble dans un bâti de fixation qui aligne et presse les tôles ensemble en une unité monobloc.

Conception d'ensemble INDUIT (Rotor) Le noyau d'induit est constitué de disques en tôles électromagnétiques isolées. L'enroulement d'induit est en cuivre isolé verni. Les bobinages de cuivre sont placés dans l'isolant des encoches.

Principe de fonctionnement Un moteur à courant continu comporte deux parties : le stator, partie fixe, constitué par un aimant ou un électroaimant appelé également inducteur qui crée un champ magnétique dirigé vers l'axe du rotor. Le rotor, partie mobile, appelé également induit, constitué par un cylindre d'acier doux à la périphérie duquel sont disposés des conducteurs reliés aux lames du collecteur sur lesquelles frottent deux charbons, ou balais, qui assurent la liaison avec les bornes du moteur. 

Principe de fonctionnement Lorsque les conducteurs sont parcourus par un courant, ils sont soumis à des forces F1 et F2 qui tendent à faire tourner le rotor. Le collecteur permet d'inverser le sens du courant dans les conducteurs lorsque ceux-ci passent le plan vertical. Ainsi le sens du couple des forces F1 et F2 et donc le sens de rotation du moteur est conservé.

Les bobinages d'induit Le collecteur est constitué de bagues conductrices où frottent 2 balais appelés charbon. L'induit se comporte comme une seule et même bobine lorsqu'il est alimenté par les balais.  Il est souhaitable d'avoir un grand nombre de lames, cela permet :  un couple plus régulier, un effet inductif entre 2 lames plus faible donc des étincelles plus faibles.

Symboles et câblage Symbole général Moteur à excitation parallèle Moteur courant continu Moteur à excitation série Moteur courant continu à aimant  Permanent Induit + inducteur

K : constante de fabrication F : flux magnétique (Weber) Relations G gamma F Phy W Oméga G : couple Nm K : constante de fabrication  F : flux magnétique (Weber)  Im : courant d’induit E : force électromotrice fem  : vitesse angulaire n : fréquence de rotation tr.s-1 E = K .n.F G= K .Im.F 2p Remarque : pour un moteur à aimant permanent ces équations se réduisent à G = K' . Im E = K' . n

Relations du moteur à courant continu à aimant permanent Modèle équivalent : Le moteur à courant continu à aimant permanent est équivalent à une force électromotrice en série avec une résistance interne : R induit E = K .n.F

E = K .n.F Force électromotrice fem ou fcem La force électromotrice ou force contre électromotrice (fem ou fcem) d'un moteur à courant continu à aimant permanent est proportionnelle à la vitesse de rotation. En particulier, si la vitesse est nulle, la fem est nulle aussi. E = K .n.F

Bilan des puissances Expression des puissances lorsque la tension aux bornes du moteur et l'intensité qui le traverse sont variables au cours du temps. Puissance absorbée Pa = um × im Pertes joule Pj = R × Ieff² Puissance électrique Pe = E × i m (Puissance électrique transmise à la partie tournante) Puissance utile Pu  C'est la puissance mécanique fournie par le moteur pour entraîner la charge. Elle est donc nulle en fonctionnement à vide. Pertes constantes Pc Ces pertes sont la somme des pertes mécaniques et magnétiques. Elles sont constantes à une vitesse donnée et peuvent se déterminer à vide. Rendement h = Pu/Pa

G=k.Im Caractéristique électrique Couple en fonction du courant Le couple est proportionnel au courant d’induit G=k.Im Gn couple nominal Un tension nominale I0 Courant minimum In Courant nominal Nominal : se dit d’une performance annoncée par le fabricant.

E = k.W Caractéristique électrique Vitesse en fonction de la tension d’induit La vitesse est proportionnelle à la tension d’induit E = k.W n0 Vitesse à vide nn Vitesse nominale U0 tension minimum avec couple nominal Un tension nominale

Caractéristique électrique Vitesse en fonction de la charge à tensions constantes La pente est due à la résistance d’induit n0=+5 à +10% de nn Exemple perceuse 5% n0 = 1580 tr.mn-1 nn = 1500 tr.mn-1

Moteur universel Moteur à excitation parallèle Moteur à excitation série La polarité de l'induit et de l'inducteur dépendent du sens du courant, si celui-ci s'inverse, les pôles de l'induit et de l'inducteur s'inversent aussi, mais les forces résultantes sont toujours dans le même sens. Un moteur universel peut être alimenté par une fem alternative ou continue.

Moteur universel en alternatif Alternance positive Alternance négative

Utilisation de ce type de moteur Moteur de faible encombrement, couple important, rendement médiocre, de 20 à 50% création de parasites Exemples : Moteur de perceuse, aspirateur, robot ménager etc... (appareils électroportatifs en général).