Moteurs à courant continu 1.FonctionFonction 2.PrincipePrincipe 3.ConstitutionConstitution 4.ÉquationsÉquations 5.Modes d’excitationModes d’excitation 6.Caractéristiques comparéesCaractéristiques comparées 7.Démarrage, freinage,Démarragefreinage 8.RéversibilitéRéversibilité

2 Moteur CC puissance électrique puissance mécanique fournie par l’alimentation électrique en courant continu (puissance absorbée) disponible sur l’arbre du moteur (puissance utile) Pertes = puissance absorbée – puissance utile Pertes Joule, Pertes fer, Pertes mécaniques Nécessité d’un convertisseur AC/DC Lois physiques Fonctionnement nominal (conditions optimales, normales) : Tension nominale, courant nominal, courant de démarrage, couple au démarrage, vitesse nominale, puissance nominale

Collecteur : deux lames servant à amener le courant et à maintenir le sens du couple La spire (longueur L, rayon R) parcourue par le courant I continu et placée dans un champ magnétique est soumise à un couple de forces de Laplace, qui la font tourner.

2 sources d’alimentation : inducteur (u, i) induit (U, I) 2 enroulements - inducteur r induit R 2 masses magnétiques -Inducteur -Induit Rôle du collecteur Source : Les bases du génie électrique, Guy Chateigner, Dunod, 2007 (B change de signe)

Vue développée (Leroy Sommer)

Source : Électricité au service des machines, HEIG-VD

Couple Le collecteur redresse la forme sinusoïdale du couple. Même forme que pour la fcém induite On admet ici que la composante radiale moyenne du champ est une fonction sinusoïdale de la position : p est le nombre de paires de pôles 2 lames du collecteur (1 spire)4 lames du collecteur (2 spires)

Couple : C = K    I D’où : C   = E  I Dans l’intervalle de temps dt, un conducteur actif balaye le flux d  = B.l.R.d  La fém.  induite est donc e = B.l.R.  la composante radiale de l’induction  N.2  fém induite E = K     Vitesse Flux par pôle Si flux constant : K   = K  E = K    C = K   I Nombre de conducteurs et type d’enroulement Conservation de la puissance p : nombre de paires de pôles, Z : nombre total de conducteurs actifs, 2a : nombre de voies d’enroulements. En général p=a (imbriqué)

L R E U I Équation électrique Équation mécanique En régime permanent, Conséquences : Au démarrage I d énorme (N=0,E=0), fort couple au démarrage, N et E augmentent, I diminue, régime permanant. A condition d’assurer U>E et couple suffisant pour vaincre les frottements

00 NN 00 TS Exemple de fiche signalétique MCC L R E U  I Tr, pp  T I I0I0 ININ Tp J Définitions des paramètres

Excitation séparée, indépendante Excitation shunt Excitation série

Excitation séparée Tension d’alimentation F.c.é.m. induite   est imposé par l’inducteur seul Vitesse : Couple EM : Réglage de la vitesse U  I 1.Par action sur la tension d’induit : rhéostat en série sur l’induit (coûteux, pertes Joule) ou par une génératrice à excitation variable. 2.Par action sur l’inducteur (variation du flux):rhéostat d’excitation en série. Protection électronique contre l’annulation du courant d’excitation (emballement, destruction)  C U

Action sur le flux, à U constant (machines à inducteur bobiné) - Maintenir U=U n - Diminuer le flux (diminuer i), donc C diminue, C  = Puissance ~ Cste est donnée par la courbe de magnétisation Pour augmenter la vitesse, C 

Excitation shunt Source : Livre d’électrotechnique, Théodore Wildi, p402 En coordonnées réduites, ramenées aux valeurs nominales. (T = couple) Stabilité du fonctionnement Vitesse relativement constante même pour des charges variables.

Démarrage du moteur shunt Source : Livre d’électrotechnique, Théodore Wildi, p403 4=électroaimant pour maintenir le circuit fermé; 3=ressort de rappel si la tension est coupée subitement (aimant n’étant plus alimenté) Inconvénient : pertes Joule, manipulation délicate Utilisation du rhéostat de démarrage à plots pour limiter le courant induit au démarrage. On déplace la manette. En M : circuit ouvert En N : (démarrage) Toute la résistance du rhéostat est en série avec l’induit En fin de manœuvre la résistance du rhéostat est hors du circuit induit.

Excitation série Tension d’alimentation F.c.é.m. induite avec (machine non saturée) Vitesse Couple électromagnétique Un moteur série peut fonctionner en courant alternatif. Moteur universel

Moteur série, caractéristique mécanique Pour augmenter N, on branche une résistance en parallèle avec l’inducteur (R diminue, I exc diminue, flux diminue) Pour diminuer N, on branche une résistance en série avec l’inducteur et l’induit (R augmente) Démarre rapidement et ralentit dans les côtes (C grand), atteint des vitesses importantes en terrain plat (C faible), Utilisé en traction, levage (déplacement rapide des charges légères et lent pour les charges lourdes)

Caractéristiques comparées Moteur à excitation composée longue dérivation à flux additifs : couples élevées de courte durée (poinçonneuse, étau, cisaille)

ExcitationPropriétésEmplois ShuntVitesse constante quelle que soit la charge (autorégulateur de vitesse) Entraînement de machines outils (remplacé par moteur triphasé) SérieAutorégulateur de puissance (N décroît quand la charge augment) Grand couple au démarrage. Risque d’emballement à vide Traction électrique Utilisé aussi en alternatif (aspirateur, perceuse portative) démarreur des moteurs à explosion Composé (flux additif)Meilleur couple au démarrage que le shunt. Ne s’emballe pas. Cisailles, levage IndépendanteVitesse réglable par la tension (hacheur). Couple important à faible vitesse Levage Asservissement de position, flux constant à aimant permanent Propriétés comparées des modes d’excitation. Utilisation

Freinage Freinage dynamique : A la rupture du courant, l’induit, continuant à tourner dans le champ de l’inducteur, se comporte somme une génératrice. En le faisant débiter dans une résistance R, le courant produit un couple de sens inverse (Lenz) et l’énergie cinétique emmagasinée se dissipe par effet Joule dans R. Pratiquement, R choisi pour avoir C f =2C n T. Wildi, pp

On inverse brutalement les bornes de la source ( I inversé) et I est 50 fois supérieur à I n, dangereux même pour les protections. On le limite par R. Dans ce cas, il faut ouvrir immédiatement l’interrupteur sinon le moteur tourne dans l’autre sens, car même pour E=0, il reste le courant Freinage par inversion

Freinages comparés Constante de temps de freinage (N diminue de moitié) T 0 en s, J moment d’inertie (Kg.m 2 ), N 1 vitesse au freinage (tr/min), P 1 puissance de freinage initiale développée par l’induit (EI) (en W)

Réf. Exercices et problèmes d’électrotechnique Réversibilité