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La machine à courant continu

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Academic year: 2022

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Texte intégral

(1)

1

La machine à courant continu

Ce cours utilise de nombreux ouvrages et sites web sur lesquels j ’ai repris des photos ou des diagrammes.

Je tiens à remercier toutes les personnes qui directement et/ou indirectement ont contribué à l’enrichissement de ce cours.

Equipement électrique, Bruno FRANÇOIS La machine à courant continu

2

La machine à courant continu

Fonctionnement en moteur des MCC Le circuit d’induit

Champ magnétique produit par un fil Champ magnétique produit par une bobine Le circuit inducteur

Le rotor

Le bobinage du circuit d’induit Modification mathématique

La loi de Lenz

Calcul de la f.e.m.

Réversibilité de l'actionneur

Réaction Magnétique

(2)

3

Fonctionnement en moteur des MCC

Hypothèse : On considère un champ magnétique constant

Β Ι

Rappel : Sous un pôle magnétique les courants des encoches circulent tous dans le même sens et sont orthogonaux au champ magnétique

Ou se trouvent les pôles Nord et Sud ?

Encoches où sont logées les conducteurs Ι

4

Dans quel sens tourne le rotor ?

Sous un pôle magnétique les courants des encochescirculent tous dans le même sens et sont orthogonaux au champ magnétique

I.dl

I.dl

I.dl I.dl

I.dl

I. l

I.dl

B B

B B

B B

B B

I.dl d

5 Be

θ Couple

Bi 1

Faire tourner de +22,5°

− θ représente l’angle entre les axes magnétiques du champ Bi d’induit et Be de l’inducteur.

On admet que le couple électromagnétique résultant de ces deux champs en présence varie avec le sinus de l’angle θ.

Be est le champ magnétique créé par l’excitation(B)

Bi est le champ magnétique créé par les courants dans un circuit d’induit La force exercée entre ces deux champs est à l’origine de forces motrices

Origine du couple, cas de 4 encoches, aiguillage du courant

6 Be

θ Couple

1 Bi

Le circuit d’induit

Principe d ’aiguillage du courant d’ induit

(3)

7 Be

θ Couple

Bi 1

Le circuit d’induit

Principe d ’aiguillage du courant d’ induit

8 Be

θ Couple

Bi 1

Le circuit d’induit

Principe d ’aiguillage du courant d’ induit

Be

θ Couple

Bi 1

Le circuit d’induit

Principe d ’aiguillage du courant d’ induit

Be

θ Couple

Bi 1

Le circuit d’induit

Principe d ’aiguillage du courant d’ induit

(4)

11 Be

θ Couple

Bi

1

Le circuit d’induit

Principe d ’aiguillage du courant d’ induit

12 Be

θ Couple

Bi

1

Le circuit d’induit

Principe d ’aiguillage du courant d’ induit

13 Be

θ Couple

1 Bi

Le circuit d’induit

Principe d ’aiguillage du courant d’ induit

14 Be

θ Couple

Bi 1

Le circuit d’induit

Principe d ’aiguillage du courant d’ induit

(5)

15 Be

θ Couple

Bi

1

Le circuit d’induit

Principe d ’aiguillage du courant d’ induit

16

Chaque fil conducteur est soudé à ses extrémités sur deux lamelles du collecteur.

Le collecteur solidaire de l’induit alimente tour à tour chaque brin actif par l’intermédiaire des balais et des lamelles.

Il assure ainsi l’alimentation synchronisée de chaque brin.

Construction du moteur à courant continu

• Ensemble cylindrique de lames de cuivre isolées les unes des autres Encoches ou sont logées

les conducteurs

• Chaque lame est soudée à un des deux fils sortant d’une des bobines de l’induit

• Il tourne avec le rotor

Le circuit d’induit : Le collecteur Les Balais

• Assurent la liaison électrique ( contact glissant ) entre la partie fixe et la partie tournante.

• En s’appuyant sur le collecteur, assurent un contact électrique entre l’induit et le circuit extérieur

• Dans une machine à enroulements imbriqués, il y a autant de balais que de pôles magnétiques inducteurs

Le circuit d’induit :

• Faits en carbone en raison de sa bonne conductivité électrique et de son faible coefficient de frottement

(6)

19

• Pour des machines de forte puissance, la mise en parallèle des balais est nécessaire.

Le circuit d’induit : les Balais

20

Cylindre plan

Ferromagnétique

Creusés d’encoches ou sont logés des conducteurs

Le circuit d’induit : le rotor

* constitué de tôles circulaires isolées et empilées sur l’arbre de façon à obtenir le cylindre d’induit.

* Ces tôles sont en acier au silicium et isolées par vernis.

21

Principe de la machine électrique

Circuit d’induit

( )

r r r

F i l B= .

Circuit d’inducteur

La machine est composée de deux circuits bobinés : _ un circuit inducteur qui va crée le champ magnétique et _ un circuit d’induit dont lequel doit circuler le courant (i)

22

Champ magnétique produit par une bobine

Courant J Le champ d’induction Bpeut être produit par un électro-

aimant fixe appeléinducteur.

Cette bobine est alimentée par un courant que l on appelle J pour le distinguer du courant d’induit (i).

Br

Β

Courant J Pour créer un champ magnétique au centre de la machine, on utilise deux bobines connectées en série et placées face à face

Indiquez le nom des pôles

(7)

23 Bobinage de l’inducteur J

J

B

Nord

Sud

Nord

Sud Uinducteur

Le circuit inducteur

• Constitué de bobines série enroulées autour de noyaux ferromagnétiques portés par le stator

• Le stator est une armature ferromagnétique fixe

Sous l’effet d’un courant continu (J), produit un flux magnétique qui traverse le circuit induit

La permittivité (conductivité magnétique) su stator est supérieure à celle de l’air, le

stator canalise le flux (lignes rouge) 24

Le circuit inducteur

Pôle inducteur

• Il créé le champ magnétique d’excitation au sein du stator : l’inducteur (bobiné)

• Aussi appelé «circuit de champ» ou «circuit d’excitation » Exemple : Inducteur à 4 pôles

Le circuit inducteur : Inducteur à aimant permanent

Il existe aussi des machines dont le champ magnétique inducteur est créé par des aimants permanents.

Les pertes Joule sont supprimées mais le champ magnétique est fixe.

Dans les grosses machines, le coût des aimants pénalise cette solution.

Modèlisation mathématique Principe de la machine électrique

Circuit d’induit

( )

r r r

F i l B= .

Circuit d’inducteur

Bobinage de l’inducteur

Bobinage de l’induit STATOR

ROTOR I J

J I

B

Su d

No rd

Composée de deux circuits bobinés (un circuit inducteur et un circuit induit) et d’un dispositif de commutation (collecteur et balais)

(8)

27

Modèlisation mathématique Principe de la machine électrique

Circuit d’induit

r

( )

r r F i l B= .

Circuit d’inducteur

I.dl

I.dl

I.dl

I.dl I.dl

I.dl

I.dl

I.dl

F F

F

F F

F F

B

B

B

B B

B B

B

Attention à l’orientation des forces

28 U

I

MCC fonctionnant en moteur J

R E

Machine composée de deux circuits bobinés (un circuit inducteur et un circuit induit) et d’un dispositif de commutation (collecteur et balais)

Modèlisation mathématique Principe de la machine électrique

Circuit d’induit

r

( )

r r F i l B= .

Circuit d’inducteur

29

Expression du Couple Electro-Mécanique,

Démonstration No 1

* Force exercée par un conducteur : dFr =ic.

(

dlr

Br

)

* Sur toute la longueur (l), Best constant :

* Couple exercé par un conducteur situé à une distance r (rayon) de l’axe de rotation:

B . l.

i.

r Cem/conducteur= c

* Couple exercé par une encoche comportant nconducteurs:

* Couple exercé par toutes les encoches sous un pôle :

k n

k

c l. dB

i.

n . r C

e

=

= 2

1

em/pole .

ic, courant circulant dans un conducteur

30

Couple exercé par toutes les encoches sous un pôle : k

n

k

c l. B

i.

n . r C

e

=

= 2

1

em/pole .

On définit le champ magnétique moyen sous un pôle : k n

e k B

B n

e

=

=

>

< 2

1

. 2 1

>

<

=r.n i. l. n B

Cem/pole c . 2e .

On exprime le flux magnétique moyen traversant le 1/2 cylindre (rotor sous un pôle) :

< >

=

>

<

aire

dA Φ B

r π . Aire d’un demi cylindre (sous un pôle) :

l.

r . .

B π

Φ>=< >

<

>

<

> =

= π<Φ π . Φ

. 2 .

. 2

em/pole

n. i.

l. n r n . l.

i.

n . r

C c e c e

Expression du Couple Electro-Mécanique,

Démonstration No 1

Couple total :

C

em

= n i.

c

. n π

e

. < Φ >

(9)

31

De part la mise en parallèle de deux enroulements : ic=2i Couple total : Cem=n i.. 2n.πe . <Φ>

i.

Cem= k A flux constant

Expression du Couple Electro-Mécanique,

Démonstration No 1

32

Expression du Couple Electro-Mécanique Démonstration No 2

ic, courant circulant dans un conducteur

1 encoche comporte nconducteurs, le courant d'encoche -> n. ic Considérons un déplacement angulaire virtuel dθdu rotor choisi égal à :

ne

Π 2 Le courant d'encoche de rang k coupe le flux d'induction dφk issu du pôle Nord, ainsi le travail virtuel exercé sur l'encoche s'exprime par :

dTk= n .ic.dφk Et, la dérivée du travail est liée au couple par :

dTk= Cem_k.dθ

Cem_k = n .ic .dφk dθ

Cem_k = n .ic .dφk dθ

k e

c n

k

d . n

i.

n

e

π φ 2 2

1

=

= c k n

k d

.d i.

n

e

θ

2 φ

1

=

=

2e

Si on considère la contribution des encoches de rang àn ne, alors on obtient pour le couple électromoteur résultant :

k n

k c e.ni. d n

e

π

2= φ

1

Cem= .

Expression du Couple Electro-Mécanique Démonstration No 2

2e La somme des couples développés sur les encoches de rangs 1 à n s'écrit donc :

>

< φ π

c

.

e

. n i.

Cem=

n

Flux total sortant du pôle Nord

i.

Cem= k A flux constant

i courant d ’induit

La machine à courant continu produit un couple électro-moteur(effet) proportionnel au courant d’induit(cause

)

D’où provient ce courant ?

>

< φ π . 2. . n i.

n

e

Cem= En fonction du courant total

k n

k c e.ni. d n

e

π

φ

= 2 1

Cem= .

Expression du Couple Electro-Mécanique

Démonstration No 2

(10)

35

Une spire du circuit d’induit tourne et traverse un champ magnétique, elle voit donc une variation de ce champ

Principe :

Dans cette spire, il y apparaît un courant dit « courant induit » qui va créer

Le champ magnétique de la bobine (dû au courant induit) Binduit s’oppose à la variation du nombre de lignes du champ des voisinsB à travers la bobine étudiée.

N

Binduit Iinduit

La loi de Lenz (voir cours sur l’induction électromagnétique)

N

Binduit Iinduit

Si, dans la spire (rouge), B augmente, alors Binduitvient s’opposer, d’où le sens de Iinduit

Β Β

Si, dans la spire (rouge), B diminue, alors Binduitvient s’opposer, d’où le sens de Iinduit

Attention au couleur ! Et le courant induit par la loi de Lenz est différent du courant

circulant dans le circuit d’induit IinduitI 36

Application de la loi de Lenz sur le circuit d’induit tournant

La variation du flux dans un conducteur engendre :

_ une force contre électro-motrice (qui s’oppose au mouvement) induite dans ce dernier,

_ d'expression :

(Loi de Faraday)

Cette force électro-motrice produit un courant induit de même sens que ek (convention générateur).

Ce courant induit fait apparaître une force de Laplace qui

Ainsi, la force électro-motrice (f.e.m.) induite tend toujours à s'opposer à la cause (mouvement mécanique) qui l'a fait apparaître : Loi de Lenz

37

1

2 3 4 4’

3’

2’ 1’

La loi de Lenz : Application à la MCC

38

B

Conducteur 2

déplacement

+

I induit B

I induit déplacement Conducteur 2’

1 2

4 3 3’ 4’

2’ 1’

S N

La loi de Lenz : Application à la MCC

Le courant induit par la loi de Lenz crée une force de Laplace qui s’oppose au mouvement Et IinduitI

(11)

39

Ligne neutre

1 2

4 3 4’

3’

2’ 1’

S N

Les circuits électriques à l’induit tournent dans le champ magnétique généré par le circuit inducteur.

Dans chaque circuit de l’induit, il apparaît une f.e.m.

La loi de Lenz : Application à la MCC

40

B’

B

1 2

3 1’ 4

2’

3’

4’ 1

2 3 4 4’

3’

2’

1’

S N t

A vitesse constante, la valeur de la f.e.m. est constante.

Au cours du mouvement de rotation entr deux positions, elle varie

+

-

B

B’

La loi de Lenz : Application à la MCC

B’

B

4’

1 2 4 3

1’

2’

3’ 4’

1 2 3 3’

2’

1’

4

S N

t+∆t

+

-

B

B’

La loi de Lenz : Application à la MCC

B’

B

3’

4’

1 3 2

4 1’

2’ 3’

4’

1 2 2’

1’

4 3

t+2∆t

S N

+

-

B

B’

La loi de Lenz : Application à la MCC

(12)

43

B’

B

2’

3’

4’

2 1 3 4

1’ 2’

3’

4’

1 1’

4 3 2

t+3∆t

S N

+

-

B

B’

La loi de Lenz : Application à la MCC

44

B’

B

1’

2’

3’

1 4’

2 3

4 1’

2’

3’

4’

4 3 2 1

t+4∆t

S N

+

-

B

B’

La loi de Lenz : Application à la MCC

45

+

-

B

B’ B’

B

4 1’

2’

4’ 3’

1 2

3 4

1’

2’

3’

3 2 1 4’

t+5∆t

S N

A vitesse constante, la valeur de la f.e.m. est constante.

Au cours du mouvement de rotation entre deux positions, elle varie

La loi de Lenz : Application à la MCC

46

t E

0

∆t

Evolution temporelle de la f.e.m. induite

La loi de Lenz : Application à la MCC

(13)

47

Modèlisation mathématique :

Réversibilité de l'actionneur

La rotation du rotor génère une tension induite (E) qui s’oppose à la tension appliquée aux bornes de l’induit (U).

C’est la force contre-électromotrice.

U

I

MCC fonctionnant en moteur J

R E

48

Calcul de la f.e.m.

Démonstation No 1

Champ électromoteur apparaissant dans un conducteur en mouvement : F.E.M. apparaissant dans un conducteur en mouvement :Erm=vr

Br

v. B. l l

d E E=

rm

.

r= es’oppose ài, c’est la loi de Lenz. On en déduit son sens.

2 f.e.m. en parallèle car 2 voies d’enroulement

>

<

=l.r. .n . B

e 2e

>

<

> =

= π<Φ π . Φ

2 2 . .rl. .n. .n

. r . l

e e e

e = k .Ω A flux constant :

k n

k k n

k

B . r . l E e

e e

= =

=

= 2

1 2

1

Addition des f.e.m. de chaque circuit :

Un flux coupé par un conducteur engendre une force électro-motrice induite dans ce dernier, d'expression :

ek= dt d

φ

k

et dont le sens conventionnel est celui du courant.

Une encoche disposant de nconducteurs, la force électro-motrice résultante d’une encoche vaut donc :

ee= n .ek= dt n .d

φ

k

On choisit comme intervalle de temps dtcelui nécessaire pour effectuer une rotation élémentaire (d’une encoche à une autre):

Il s’ensuit l’expression suivante pour la force électro-motrice :

k

e .d

n .n Ωπ φ . . 2 ee=

Calcul de la f.e.m.

Démonstation No 2

Il s’ensuit l’expression suivante pour la force électro-motrice :

Si maintenant, on considère la force électro-motrice totale engendrée par toutes les encoches, on obtient :

k

e .d

n .n Ωπ φ

. . 2 ee=

= 2

1 ne

k

e = e k e = k .

= Ωπ

n .ne .

. 2 <

φ

>

=

La machine à courant continu produit une tension (effet) proportionnelle à la vitesse de son axe(cause

)

Calcul de la f.e.m.

Démonstation No 2

(14)

51

+

récepteur +

I

Réversibilité de l'actionneur

La machine à courant continu est soit : une f.é.m. = génératrice

La machine à courant continu est entraînée (par un moteur) La machine à courant continu fonctionne en génératrice

e = k .i.

Cem= k Cause

52

+

générateur I +

La machine à courant continu est soit : une f.c.é.m. = moteur

La machine à courant continu est alimenté par un générateur La machine à courant continu fonctionne en moteur

Réversibilité de l'actionneur

e = k .i.

Cem= k Cause

53

N S

+

-

Réaction Magnétique

ANNEXE 1

54

N S

+

-

Courant dans les spires

Réaction Magnétique : Lignes de champ dues à l’inducteur

(15)

55

N S

+

-

Réaction Magnétique : Lignes de champ dues au rotor

56

N S

+

- B

rotor

Réaction Magnétique : Lignes de champ dues au rotor

N S

+

-

Réaction Magnétique : Déformation du champ résultant

• Décalage de la ligne neutre

„„ Saturation de certaines cornes de l’Saturation de certaines cornes de l’inducteur inducteur ⇒⇒réréduction du duction du flux par pôle

flux par pôle

„„ Au total : réAu total : réduction du flux embrassduction du flux embrasséépar le bobinage.par le bobinage.

• Il faut compenser le champ du au rotor en ajoutant des pôles additionnels

Comment vaincre la réaction magnétique d’induit Comment vaincre la réaction magnétique d’induit

Réaction Magnétique : Déformation du champ

résultant

(16)

59

N S

+

-

Réaction Magnétique : Pôles de commutation

60

N S

+

-

Réaction Magnétique : Pôles de commutation

61

Réaction Magnétique : Pôles de commutation

62

Réaction Magnétique : Pôles de commutation

(17)

63

4 pôles inducteur 4 bobines de commutation

Bobines de compensation

Constitution d’un stator

64

Le bobinage du circuit d’induit ANNEXE 2

4’

1

2 3 4

1’

3’ 2’

Le bobinage du circuit d’induit +

- B

B’

1’ 2’

3’

4’

2 1 3

4 Assurer à partir d’un seul courant I, la distribution

de tous les courants à un instant donné

Relier 1 et 1’, 2 et 2’, 3 et 3’, 4 et 4’ S N

Le bobinage du circuit d’induit : Représentation plane « développée » du roto

S N

+

2 3 4

5

6 1’

2’

3’

4’

5’

6’

1

I II III

IV V VI

Section radiale

Vue développée

1 2

S N

3 4 5 6 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ 6’

VI I II III IV V

a b a

b c

d c

d

e e

+ Le courant se divise dans deux voies i

(18)

67

B’

B

1’

2’3’

4’

4 32 1

t

1 2 3 4 1’ 2’ 3’ 4’

B + - B’

+

- B

B’

1 2

3 1’ 4 2’

3’

4’

Le courant se divise dans deux voies

Le bobinage du circuit d’induit : Représentation plane « développée » du roto

68

S N

1

2 3 4 4’

3’

2’

1’

Connexions à l’avant du rotor Le bobinage du circuit d’induit

69

Connexions à l’arrière du rotor

S N

1

2 3 4 4’

3’

2’

1’

Le bobinage du circuit d’induit

(19)

1

Cours d’Electricité, Bruno FRANÇOIS La machine à courant continu

Modèle mathématique

et alimentation de la machine à courant continu

Ce cours utilise de nombreux ouvrages et sites web sur lesquels j ’ai repris des photos ou des diagrammes.

Je tiens à remercier toutes les personnes qui directement et/ou indirectement ont contribué à l’enrichissement de ce cours.

2

Cours d’Electricité, Bruno FRANÇOIS La machine à courant continu

Moteur cc de laminoir couple max : 2500kNm à 50 tr/min, 1950

(20)

3

Cours d’Electricité, Bruno FRANÇOIS La machine à courant continu

Modèle dynamique de la m.c.c.

B o b i n a g e

Inducteur

Rotor i

u

Cperte_fer

Cperte_mecacanique

Cutile

PARTIE ELECTRIQUE

Inducteur

Rotor i

ur

e

u

Cem

φ

PARTIE MECANIQUE

d’

i n d u i t ul

Hypothèse : Fonctionnement à flux constant

Équations dynamiques :

( )

t k i.

( )

t Cem =

( )

t k.

( )

t

e = Ω Cem( )t Cperte_fer( )t Cperte_mecanique( )t Cutile( )t

( )=

. ddtt J

4

Cours d’Electricité, Bruno FRANÇOIS La machine à courant continu

• Au démarrage, le moteur est immobile

• La force contre-électromotrice est donc nulle ( e(t)=0 ) Démarrage de la m.c.c.

( ) ( ) ( ) ( )

dtt Ldi t r.i t t

u =e + + .

Équations dynamiques lors du démarrage :

( )

t k i.

( )

t Cem =

( )

t k.

( )

t e = Ω

( )

t 1r. u

( )

t

i =

( )t C ( )t C ( )t C ( )t

Cem perte_fer perte_mecanique utile

( )=

. ddtt J

• Le courant d’induit est alors à son maximum : risque de destruction

5

Cours d’Electricité, Bruno FRANÇOIS La machine à courant continu

•Au fur et à mesure que la vitesse augmente, la f.e.m. (e) augmente, le courant diminue

• On diminue la résistance du rhéostat jusqu’à ce qu’elle soit nulle

• Au démarrage, le moteur est immobile

• La force contre-électromotrice est donc nulle

• Le courant d’induit est alors à son maximum : risque de destruction Démarrage de la m.c.c.

• Il faut limiter le courant de démarrage

• On introduit un rhéostat de démarrageen série avec l’induit ce qui augmente sa résistance et diminue le courant

( ) ( ) ( ) ( ) ( )

dt t L di t .i Rrhéostat r

t e t

u = + + + .

( ) ( ) ( ) ( ) ( )

dt t L di t .i Rrhéostat r

t e t

u = + + + .

6

Cours d’Electricité, Bruno FRANÇOIS La machine à courant continu

Démarrage de la m.c.c.

200% In

In

Ι

j

Contacteur Fusible Induit Inducteur

(21)

7

Cours d’Electricité, Bruno FRANÇOIS La machine à courant continu

Modèle en régime permanent de la m.c.c.

r.i e u= +

Hypothèse : Fonctionnement à flux constant

Equations en régime permanent: B

o b i n a g e

Inducteur

Rotor i

u

Cperte_fer

Cperte_mecacanique

Cutile

PARTIE ELECTRIQUE

Inducteur

Rotor i

ur

e

u

Cem

φ

PARTIE MECANIQUE

d’

i n d u i t ul

i.

k Cem =

. k e =

=

perte_fer

em C

C

mecanique _ utile mecanique _

perte C

C +

8

Cours d’Electricité, Bruno FRANÇOIS La machine à courant continu

Palimentation

= u.i

e.i=Cem.Ω

PJoule

= r.i2

Pperte_fer

Pmécanique utile

Pperte_mécanique

Partie électrique Partie mécanique

Bilan de puissance : r.i2

i.

e

u.i= + e.i= Cem.Cem. Cperte_fer. = Cperte_mecanique. + Cutile_mecanique.

Bilan des puissances en fonctionnement moteur

Bilan des puissances en fonctionnement génératrice

Pmécanique

PJoule = r.i2 Pperte_fer

Pelectrique

Pperte_mécanique

e.i

= Cem.

Partie électrique Partie mécanique

Bilan de puissance :

r.i2

i.

e

u.i= + e.i= Cem.Cem. Cperte_fer. =Cperte_mecanique. +Cutile_mecanique.

Caractéristique Couple/Vitesse

Hypothèse : Fonctionnement à flux constant, régime permanent

r.i e

u= + Cem =k i.

. k e = Cemk r . k

u= Ω+ . r2.

u k r. Cem = k

Cem

u r. k

u k. 1

u=constante

Équation linéaire, droite

(22)

11

Cours d’Electricité, Bruno FRANÇOIS La machine à courant continu

Ω (ou e) Cem (ou i)

u augmente u diminue

Caractéristique Couple/Vitesse

Fonctionnement en moteur : Cem.Ω > 0 Fonctionnement en génératrice : Cem.Ω < 0

12

Cours d’Electricité, Bruno FRANÇOIS La machine à courant continu

Ω (ou e) Cem (ou i)

Caractéristique Couple/Vitesse

Fonctionnement en moteur : Cem.Ω > 0 Fonctionnement en génératrice : Cem.Ω < 0

imaximum

-imaximum

maximum

−Ωmaximum

13

Cours d’Electricité, Bruno FRANÇOIS La machine à courant continu

Cem

In

-In -Un Un

Un domaine fermé définit l’ensemble des couples ( Cem, Ω ) possibles pour une machine donnée.

Caractéristique Couple/Vitesse

14

Cours d’Electricité, Bruno FRANÇOIS La machine à courant continu

Cem

In

-In -Un Un

DCΩ>0 DFonctionnement en moteur avant

+ +

U>0DΩ>0

U

I>0DC>0

I

Cem

Quadrant 1

Les conventions de sens courant et de rotation sont en bleu.

Le dispositif d’alimentation

fournit une puissance électrique.

(23)

15

Cours d’Electricité, Bruno FRANÇOIS La machine à courant continu

Cem

In

-In -Un Un

DCΩ<0 DFonctionnement en génératrice arrière

+ +

U<0DΩ<0

U

I>0DC>0

I

Cem

Quadrant 2

Les conventions de sens courant et de rotation sont en bleu.

Le dispositif d’alimentation reçoit

une puissance électrique.

16

Cours d’Electricité, Bruno FRANÇOIS La machine à courant continu

Cem

In

-In -Un Un

DCΩ>0 DFonctionnement en moteur arrière

+ +

U<0DΩ<0

U

I<0DC<0

I

Cem

Quadrant 3

Les conventions de sens courant et de rotation sont en bleu.

Le dispositif d’alimentation

fournit une puissance électrique.

Cem

In

-In -Un Un

DCΩ<0

DFonctionnement en génératrice avant

+ +

U>0DΩ>0

U

I<0DC<0

I

Cem

Quadrant 4

Les conventions de sens courant et de rotation sont en bleu.

Le dispositif d’alimentation reçoit

une puissance électrique.

Cem

In

-In -Un Un

+

+

I U Cem

Fonctionnement en moteur avant

Quadrant 1

+ M

+

I U Cem

Fonctionnement en génératrice

arrière Quadrant 2

G

+

+

I U Cem

Fonctionnement en moteur arrière Quadrant 3

M +

+

I U Cem

Fonctionnement en génératrice

avant Quadrant 4

G

Pour passer des quadrants Q1QQ4 ou Q2QQ3 le dispositif

d’alimentation devra être réversible en courant.

Pour passer des quadrants Q1QQ2 ou Q3QQ4 le dispositif

d’alimentation devra être réversible en tension.

Conclusion

(24)

19

Cours d’Electricité, Bruno FRANÇOIS La machine à courant continu

N

C vitesse couple couple

vitesse

vitesse

couple couple

vitesse moteur AV

moteur AR freinage marche AV

freinage marche AR 2 1

3 4

Les quadrants de fonctionnement

20

Cours d’Electricité, Bruno FRANÇOIS La machine à courant continu

Montée = marche AV

vitesse couple Quadrant 1

Exemple :

21

Cours d’Electricité, Bruno FRANÇOIS La machine à courant continu

vitesse couple

Quadrant 4 Descente = marche AR

Exemple :

22

Cours d’Electricité, Bruno FRANÇOIS La machine à courant continu

Cem

treuil ou grue point de fonctionnement

pompe

concasseur

ventilateur

Quelques caractéristiques de charge:

Cem

Cem Cem

(25)

23

Cours d’Electricité, Bruno FRANÇOIS La machine à courant continu

Alimentation à excitation séparée de la m.c.c.

Génératrice à excitation séparée

G

Ra

Rf

φ If

Source mécanique

M

Ra

Rf

φ If

Moteur à excitation séparée

Source électrique Excitation = circuit inducteur = φ

u

24

Cours d’Electricité, Bruno FRANÇOIS La machine à courant continu

Alimentation à excitation série de la m.c.c.

• La « constante »kest proportionnelle au flux

• Le couple de démarrage est important car un fort courant de démarrage parcoure le circuit d’induit et crée un flux magnétique dans le circuit d’inducteur

• De même, pour une forte charge (et un fort courant), le couple sera plus important

• Pour une faible charge, le courant est plus petit et donc avec lui le flux ; cette diminution du flux entraîne une augmentation de la vitesse

=> un moteur série ne doit pas fonctionner à vide sous peine d’atteindre des vitesses excessiveset risquer l’endommagement

i.

k Cem =

. k e =

k =e/

u

j = Iinduit

Avantage : Très fort couple de démarrage Utilisé en traction électrique

Alimentation à excitation shunt de la m.c.c.

u

j

Autre appellation : Machine à excitation dérivée

Iinduit

Moteur universel

MCC à excitation série alimenté par une tension alternative (réseau) Si le flux est proportionnel au courant (pas de saturation)

( )

t.

cos . Jm k

Cem = '. 2 2 ω . 2

' j

k Cem =

>

<

= φ

π . 2.

j . n . Cem ne

Couple pulsatoire important, ne pourrait pas fonctionner à basse vitesse Mais <Cem>≠0

Puissance faible -> applications en électroménager

(

. t.

)

cos . Jm k . Jm

k .

Cem '. 2ω

2 . 1

2 '

1 2 + 2

=

Cem

t

j k '' .

=

>

< φ

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