GENERATRICE A COURANT CONTINU A EXCITATION SHUNT 1 Présenté par: Moustapha NDIAYE DIC1-GE /

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1 GENERATRICE A COURANT CONTINU A EXCITATION SHUNT 1 Présenté par: Moustapha NDIAYE DIC1-GE / 2012-2013

2 PLAN I.Présentation de la mcc II.Schéma et équations de fonctionnement III.Problème d’amorçage IV.Fonctionnement à vide V.Fonctionnement en charge 2

3 1. Les différents constituants La machines à courant continu est constituée principalement de deux partie: - l’inducteur (stator) - l’induit (rotor) Présentation de la mcc

4 2.1. l’inducteur L’inducteur est la partie fixe de la machine, son rôle est de créer un champ magnétique fixe dans l’espace....... Bobine Pièce polaire Entrefer Noyau polaire Culasse En fonte ou en acier, elle forme la partie extérieur de la machine Autour desquels se trouvent les bobines inductrices, ils sont en acier coulé Ou épanouissement polaire Élargit la section d’entrée du flux dans l’entrefer Présentation de la mcc

5 2.2. l’induit L’induit est la partie tournante de la machine, pour lequel on distingue les éléments: 2.2.2. Collecteur Le collecteur est un ensemble de lames de cuivre isolées les unes des autres par des feuilles de mica. Ces lames sont montées sur l'arbre de la machine, mais isolées de ce dernier. 2.2.1. Armature Elle est faite de tôles en fer doux et montée sur un arbre. Elle reçoit l'ensemble des conducteurs qui coupent le flux magnétique. Un certain nombre de conducteurs, regroupés en spires, forment une bobine. L‘armature de l’induit renferme plusieurs bobines placées dans des encoches. 2.2.3. Balais Les balais, ou frotteurs, sont fixes et appuient sur le collecteur pour assurer la transmission de l'énergie entre la machine et le circuit extérieur. Ils sont maintenus par des porte-balais dans lesquels des ressorts viennent maintenir une pression Présentation de la mcc

6 Schéma et équations de fonctionnement 6 Le circuit de l’induit est en parallèle avec le circuit de l’inducteur d’où l’appellation shunt U IaIa I I ex k RhRh Charge R ex

7 Problème d’amorçage La machine étant entraînée à la vitesse n, s'il n'y a pas de tension à ses bornes, il n'y a pas de courant inducteur alors, comment se crée la f.é.m. ? Comme la machine est à vide, nous avons i = 0 et i a = i ex Ce courant étant faible devant le courant nominal, nous pouvons considérer que la tension U est proche de Ev; en posant R' = R h + R ex, résistance totale du circuit inducteur, nous avons E = R'.i ex 7

8 Problème d’amorçage En l'absence de courant inducteur l'aimantation rémanente des pôles crée un flux inducteur faible appelé flux rémanentɸr alors la f.é.m. qui en résulte Er crée un courant inducteur. - Deux cas sont alors possibles : 8

9 Problème d’amorçage Cas 1 : Si le courant inducteur a un sens tel qu'il crée un flux inducteur renforçant le flux rémanent, le flux total augmente, la f.e.m augmente : la machine s’amorce. 9

10 Problème d’amorçage Cas 2 : si le courant inducteur crée un flux opposé au rémanent, le flux total diminue donc la f.e.m diminue puis disparait : la machine ne s'amorce pas. Il faut inverser le sens du champ B ex, en permutant les bornes de la bobine d’excitation. Le signe de la f.é.m. créée par le courant inducteur dépend du signe de i ex donc du sens de branchement des bornes d'induit et d'inducteur et du signe de la vitesse. 10

11 Problème d’amorçage Une génératrice en excitation dérivation ne peut s'amorcer pour un sens de rotation donné que pour un seul sens de couplage de l'induit et de l'inducteur. 11

12 Fonctionnement à vide Tout d’abord on précise que E v = f(I ex ) ne dépend, ni du mode d’excitation, ni du mode de fonctionnement, car elle représente la courbe d’aimantation du circuit magnétique. C’est la caractéristique E v =f(Iex) à n=cte A vide (charge isolée),on maintient la vitesse constante et on fait varier le courant d’excitation et on relève la tension aux bornes de l’induit. 12

13 Caractéristique à vide 13 De O à A, la caractéristique est linéaire, E=K’ɸ (avec K’=KῺ). - De A à B le matériau ferromagnétique dont est constitué la machine commence à saturer. (μr n’est plus constant). - Après B, le matériau est saturé, le f.e.m n’augmente plus. - La zone utile de fonctionnement de la machine se situe au voisinage du point A. Sous le point A, la machine est sous utilisée, et après le point B les possibilités de la machine n’augmentent plus (mais les pertes augmentent puisque Ie augmente)

14 Fonctionnement à vide L’induit et l’inducteur sont en parallèle. A vide, la tension aux bornes de l’induit est : U= E v = (R h + r ). I ex D’après ces deux égalités, on voit que le point de fonctionnement à vide P 0 est l’intersection de E= f(Iex) et la droite des inducteurs (Rh+r). I ex. On peut déplacer le point de fonctionnement P 0 à vide par action sur R h ou sur la vitesse de rotation n 14 La droite de l’inducteur (r e.J) E J

15 Fonctionnement à vide Action sur R h 15 R hc R h = 0 U0U0 I ex0 E(V) I ex (A) R h1 R h0 A la limite le point de Fonctionnement n’est plus Défini et la génératrice se désamorce

16 Fonctionnement à vide Action sur la vitesse 16 P1P1 P0P0 n1 Ev(I ex ) nc p2 A la limite pour une vitesse critique la génératrice se désamorce, on démontre que Ev(V) I ex (A)

17 Fonctionnement en charge La caractéristique en charge est la courbe U=f(I a ) à n=cte et Rh+Rex=cte. après amorçage, à vide on règle l’excitation qui donne U=U 0 ( on ne touche plus à Rh ) ; on ferme k, puis on varie le courant à l’aide de la charge et on relève la tension tout en gardant la vitesse constante. 17

18 Caractéristique en charge 18 Le courant débité présente un maximum, au delà duquel, la génératrice refuse sa charge : si l’on diminue encore la résistance de charge, le courant décroit en même temps que la tension. On peut atteindre la mise en court- circuit de la génératrice, ceci sans danger, puisque I ex est nulle ( I cc ≈ Er/R a << I n : courant nominal)

19 Caractéristique de réglage 19 Iex 0 Iex(A) I(A) C’est la courbe Iex = f(I) à n=cte et U=cte. Iex 0 est l’excitation produisant à vide U 0. Lorsque I augmente la tension U diminue, pour maintenir U constante, on augmente Iex pour compenser la chute de tension. Comme la chute de tension est plus élevée que celle de la génératrice à Excitation Séparée, il faut un courant d’excitation plus important pour compenser cette chute de tension. Shunt Séparée

20 Bilan de puissance de la génératrice 20 Pa – puissance mécanique du moteur d’entraînement Pf – puissance électrique fournie par la génératrice Pem – puissance électromagnétique Prmec – pertes mécaniques (frottements aux paliers, freinage dû à la ventilation) Prmag – pertes magnétiques (hystérésis et courants de Foucault) Prsup – pertes supplémentaires (effets du champ magnétique sur différents éléments de la machine, etc.) Pjs- pertes joules statoriques Pjr- pertes joules rotoriques