Composant : Le Moteur à courant continu MCC TS

Sommaire Fonctionnel Fonctionnement Description interne Mécanique... Les relations L’excitation Bilan de puissance Caractéristiques Exemple de MCC Moteur / Génératrice Commande Commande par pont MCC TS

Rotation Energie Electrique CONVERTION ELECTRIQUE  MECANIQUE Fonctionnel GND 16 4 8 12 - + CONVERTION ELECTRIQUE  MECANIQUE Energie Electrique Rotation MCC TS

Rotation Energie Electrique MCC 12 V CONVERTION ELECTRIQUE  MECANIQUE Fonctionnel 4 8 12 4 8 12 16 16 MCC 12 V - + - + GND CONVERTION ELECTRIQUE  MECANIQUE Energie Electrique Rotation MCC TS

Fonctionnement N S S S S S S S MCC TS

Fonctionnement N S MCC TS

Fonctionnement F Alimentation I N S MCC TS

Fonctionnement Alimentation I F N S MCC TS

N S F I F Alimentation Fonctionnement Frottement entre balais et collecteur Alimentation MCC TS

N S I F F Alimentation Fonctionnement Frottement entre balais et collecteur Alimentation MCC TS

Enroulements d’induit Description interne Enroulements d’induit N S Stator Enroulements d’inducteur Si le moteur est à aimant permanent, ces enroulements n’existent pas. Rotor MCC TS

Description interne N N S S MCC TS

Description interne MCC TS

Description interne Parties tournantes : MCC TS

W (rd/s) = n (tr/mn) ´ 60 π 2 Putile (en Watt) = T (en N.m)   (rd/s) Mécanique... Vitesse de rotation : W (rd/s) = n (tr/mn) ´ 60 π 2 Moments de force : A l’équilibre, M1 = M2 Þ |F1| = |F2| ´ OA' OB' B F1 F2 A O A’ B’ Puissance : Putile (en Watt) = T (en N.m)   (rd/s) MCC TS

Si flux constant : K   = K Les relations fem :    Vitesse Flux E (V) E = K  Couple : T = K    I D’où : T   = E  I Si flux constant : K   = K E = K   T = K  I MCC TS

Les relations U I Alimentation L R Côté électrique : E F N S MCC TS

 J T J ´ dt Ω(t) d = T(t) L R E U I U I u(t) = e(t) + R.i(t) + L dt Les relations L R E U I U I Côté électrique : u(t) = e(t) + R.i(t) + L dt i(t) d Côté mécanique :  J ´ dt Ω(t) d = T(t) T(t) = TM(t) - TR(t) J T MCC TS

Les relations En régime permanent : dt d = 0 MCC TS

constant J T U = E + R.I J ´ dt Ω(t) d = 0 = T(t) I R Uconstant E Les relations I Côté électrique : R U = E + R.I E Uconstant Côté mécanique : constant J ´ dt Ω(t) d = 0 = T(t) TM(t) = TR(t) J T MCC TS

U = (r + R) I + E R r L’excitation Soit à aimant permanent Flux constant : K   = K E = K   T = K  I Soit à excitation indépendante : Flux constant si Ie constant : K   = K E = K   T = K  I Soit à excitation série : U R E r Inducteur Induit I U = (r + R) I + E E = K  (I)   T = K   (I)  I MCC TS

Puissance électromagnétique utile Bilan de puissance R.I² Pje EI Pm et Pf Pu U.I Induit Ue.Ie Inducteur EI Puissance électromagnétique utile Tu. Puissance utile Puissance à fournir h = Pfournie Putile UI Pje + Ω . Tu MCC TS

 = f(I) T = f()  A vide En charge I T Point de fonctionnement Caractéristiques  I  = f(I) Pour le fonctionnement nominal (en charge nominale) :  La tension nominale d’alimentation  La vitesse nominale n  Le couple nominal  Le courant nominal Pour un fonctionnement à vide :  Le courant à vide  La vitesse à vide Pour le démarrage :  Le couple minimal de démarrage  Le courant maximal supportable Ils précisent aussi :  La résistance d’induit  La valeur de l’inductance d’induit  Le moment d’inertie du rotor  La constante de couple (K) I0 0 A vide In n En charge 0 Tr,constant p Tp  T Charge Moteur T = f() Point de fonctionnement Td Au démarrage MCC TS

Exemple de MCC Type de Moteur MK72 320 MK72 360 Tension nominale 5,5 V Vitesse à vide 3000 tr/mn 3200 tr/mn Vitesse en charge nom. 2400 tr/mn Couple de démarrage min. 4,1 mNm 4,4 mNm Couple minimal 1 mNm 1,3 mNm Courant à vide maximal 34 mA 27 mA Courant en charge 71à 100 mA 69 à 98 Tension induite (fem/tr/mn) (mV/tr/mn) 1,53 à 1,98 1,91 à 2,45 Résistance du rotor 16 W 25,6 Inductance du rotor 16 mH 27 mH Moment d’inertie 9 gcm 2 Constante de temps mécanique 34 ms Force radiale max. 2,5 N Tension maximale 8 V 14 V Couple maximale 2 mNm Courant maximal 150 mA 120 mA Vitesse maximale 4200 tr/mn 2 27 22 5,6 MCC TS

J I L R U E  I T I0 IN  Exemple de MCC 0 N Tr, Tp p Type de Moteur MK72 320 MK72 360 Tension nominale 5,5 V 7,5 V Vitesse à vide 3000 tr/mn 3200 tr/mn Vitesse en charge nom. 2400 tr/mn Couple de démarrage min. 4,1 mNm 4,4 mNm Couple minimal 1 mNm 1,3 mNm Courant à vide maximal 34 mA 27 mA Courant en charge 71à 100 mA 69 à 98 Tension induite (fem/tr/mn) (mV/tr/mn) 1,53 à 1,98 1,91 à 2,45 Résistance du rotor 16 W 25,6 Inductance du rotor 16 mH 27 mH Moment d’inertie 9 gcm 2 Constante de temps mécanique 34 ms Force radiale max. 2,5 N Tension maximale 8 V 14 V Couple maximale 2 mNm Courant maximal 150 mA 120 mA Vitesse maximale 4200 tr/mn U E 0 N Tp  I T J Tr,  p MCC TS

Moteur / Génératrice U> 0 I U< 0 Quadrant 4 : Fonctionnement T = K.I T > 0 U> 0 I U< 0 Quadrant 4 : Fonctionnement génératrice Quadrant 1 : Fonctionnement moteur  = K.E  < 0  = K.E  > 0 Quadrant 3 : Fonctionnement moteur Quadrant 2 : Fonctionnement génératrice T = K.I T < 0 MCC TS

Commande Idée Solution M Valim Rb Ve Valim M MCC TS

Commande Ve Valim t IM M IM t Rb 100 V Vce Vce Ve t MCC TS

Commande Solution Ve Valim t IM IM Id t M Vce t Rb Vce Id t Ve MCC TS

Commande Ve t Valim UM T t0 Valim - VCEsat VF UM M Rb Ve MCC TS

M E Ve UM t Valim Valim VM UM M Commande Ve M E UM t Valim Valim VM T t0 UM M E = <UM> + <UR> + <UL> E  <UM> E = Valim.t0 / T E = Valim. Rb Ve On peut faire donc faire varier la vitesse du moteur ( = E/ K ) en faisant varier le rapport cyclique MCC TS

! Vérifier Puissance, Température Commande Valim Ve t M IC Rb Vce Vce MCC TS

Problème : Obligation de modifier le montage Tourner le moteur ! Commande Problème : Obligation de modifier le montage Valim Rb Ve IC Vce Tourner le moteur ! M Comment inverser le sens de rotation ? M MCC TS

M Vcc Commande par pont E T = K.I T > 0 I Quadrant 1 : Fonctionnement moteur  = K.E  < 0 Quadrant 3 : Fonctionnement moteur  = K.E  > 0 T = K.I T < 0 I MCC E TS

M Vcc UM I Commande par pont E T = K.I T > 0 I Quadrant 1 : Fonctionnement moteur  = K.E  < 0 Quadrant 3 : Fonctionnement moteur  = K.E  > 0 T = K.I T < 0 I MCC E TS

M Vcc UM I Commande par pont E T = K.I T > 0 I Quadrant 1 : Fonctionnement moteur  = K.E  < 0 Quadrant 3 : Fonctionnement moteur  = K.E  > 0 T = K.I T < 0 I MCC E TS

Commande par pont Réalisation Vcc M MCC TS

Commande par pont Vcc UM M I MCC TS

Commande par pont Vcc UM M I MCC TS

M Mesure du courant : Vcc Comparaison Rm.IM > Umax ? Mesure de Commande par pont Mesure du courant : Vcc Comparaison Rm.IM > Umax ? Rm.IM Umax Mesure de courant Rm.IM IM M Mise à l’arrêt du moteur si Rm.IM > Umax Rm.IM MCC TS

L 292 Composant de commande M Commande par pont Vcc 7 9 5 3 2 14 Ve 6 47 nF Rs1 Rs2 R 22 k 7 9 5 3 2 14 L 292 _ + OTA M _ + Ve 6 T1 _ + T3 1 _ + Comp. ALI 1 15 ALI 2 VR=8V T2 T4 Oscill. Ref. 11 10 8 RO 15 k CO 1,5 nF MCC TS