Moteurs à courant continu - nicole.cortial.net

1 R sum sur moteur courant continu page 1 document propos sur le site Sciences Physiques en BTS : ==ememTIEPM oteurs courant continu A - Description et principe de fonctionnement : L inducteur (ou stator) cr e un champ magn tique fixe B . Ce stator peut tre aimants permanents ou constitu (comme sur le sch ma) d lectro-aimants. L induit (ou rotor) porte des conducteurs parcourus par un courant continu (alimentation du moteur) ; ces spires, soumises des forces (forces dites de Laplace ), entra nent la rotation du rotor. Il en r sulte une variation du flux du champ magn tique travers chaque spire ; elle engendre une f..m. qui est redress e par l ensemble {collecteur + balais}. La valeur moyenne E de cette f..m. est proportionnelle la vitesse angulaire de rotation du rotor, au flux maximal du champ magn tique cr par l inducteur travers une spire )SB( = et une constante K qui d pend des caract ristiques de la conception du moteur (nombre de conducteurs, surface de chaque spire, nombre de paires de p les.)

2 Si l'induit pr sente une f..m. E alors qu il est parcouru par un courant d'intensit I, il re oit une puissance lectromagn tique emP : IEPem= Le rotor tourne la vitesse angulaire de sorte que cette puissance s crit aussi : Compte tenu de l expression de la f..m. E, on peut crire : E = K n en 1 en Wb (webers) E en V IKTme =I en A Tem en en Wb emP en W Remarque importante : Si l inducteur n est pas aimants permanents , l alimentation de celui-ci aura un impact sur le champ magn tique donc sur le flux ! Inducteur ( stator ) entrefer Induit ( rotor ) Lignes de champ 4 p les R sum sur moteur courant continu page 2 document propos sur le site Sciences Physiques en BTS : B Moteur excitation ind pendante (ou excitation s par e) : 1 ) Sch ma du circuit lectrique quivalent : L inducteur et l induit sont aliment s s par ment.

3 2 ) Quelques remarques sur le fonctionnement : Pour des conditions d excitation fix es, le flux est constant. Dans ce cas, on a : et En premi re approximation, on peut n gliger les pertes ; dans ce cas, le couple lectromagn tique emT est gal au couple utile uT donc au couple r sistant rT impos par la charge. 3 ) Caract ristique m canique du moteur : rU e I e RI UE induitinducteurIREU+=eeIrU=IkTme= =kE =Kk:posanten C est la charge coupl e au moteur qui impose le courant d induit I. La vitesse de rotation du moteur est proportionnelle la tension d alimentation de l induit. Le r glage de la vitesse est ind pendant de la charge. Pour une excitation donn e T u ( en ) n ( en 1 ) A chaque tension d induit correspond une droite dont la pente ne d pend que de l excitation. U 2 > U 1 U 1 Rappel : = 2 n en 1 n en - 1 0 d marrage vide T u v = 0 v = U 1 / k R sum sur moteur courant continu page 3 document propos sur le site Sciences Physiques en BTS : Examen de deux cas particuliers : A vide, le couple utile est nul ; l intensit est nulle et la vitesse vide est donn e par : kUv= Au d marrage : La vitesse de rotation est nulle ; la f.

4 M. aussi. L intensit dI impos e par la charge est, en g n ral, trop importante pour les enroulements de l induit ! Il faut donc d marrer sous tension r duite. Ou intercaler un rh ostat de d marrage dans le circuit d induit. On limite donc la caract ristique m canique du moteur sa partie utile qui nous permet de trouver le point de fonctionnement, en r gime permanent, de l ensemble { moteur + charge }. 4 ) Bilan de puissance : P abs = U e I e + U I n T u T r P P : point de fonctionnement. En r gime permanent, il y a galit du couple utile T u et du couple r sistant T r impos par la charge. La vitesse de rotation n 0 de l ensemble peut tre d termin e graphiquement. n 0 PERTES COLLECTIVES PUISSANCE ABSORBEE EFFET JOULE inducteur induit PUISSANCE ELECTROMAGNETIQUE P abs r I e 2 R I 2 p m + P fer = P c P u PUISSANCE UTILE P em = R I e 2 absorb e par l induit p c = U v I v ( essai vide ) P u = T u x avec u = T r P J , induit = R I 2 Rendement = P u / P abs R sum sur moteur courant continu page 4 document propos sur le site Sciences Physiques en BTS : Si U est fix e, le produit I est constant et T u 2 aussi.

5 Si l intensit est tr s faible, le moteur s emballe ! Ce moteur doit donc d marrer pleine charge ! C - Moteur excitation s rie : L inducteur de ce moteur est en s rie avec l induit : le courant d induit est galement le courant d excitation. Nous supposerons que le flux utile sous un p le est proportionnel au courant d excitation I (circuit magn tique non satur ) : Ik= avec Ctek=. 1 ) Sch ma lectrique quivalent : On a : =KE et =KTIem avec Ik= . 2 ) Remarques sur le fonctionnement : En premi re approximation, on peut n gliger les pertes ; dans ce cas, le couple lectromagn tique emT est gal au couple utile uT donc au couple r sistant rT impos par la charge. On peut crire : 2emuI'KIKTT= = en posant : CtekK'K== et aussi : UI'KE = 3 ) Caract ristique m canique du moteur : A tension U fix e, elle a l allure ci-contre.

6 4 ) Bilan de puissance : rInducteurIUEOn a : U = E + ( R + r ) IRInduitrabsuPP= cJabsupPPP =2JI)rR(P+=IUPabs= C est la charge coupl e au moteur qui impose le courant d induit I. Si le couple r sistant augmente, l intensit I augmente et la vitesse de rotation du moteur diminue. P : point de fonctionnement T u U 2 = Cte U 1 = Cte U 2 > U 1 T r PERTES COLLECTIVES PUISSANCE ABSORBEE EFFET JOULE PUISSANCE ELECTROMAGNETIQUE P abs ( r + R ) I 2 p m + P fer = P c P u PUISSANCE UTILE P em