Étude de la MACHINE A COURANT CONTINU

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1 Étude de la MACHINE A COURANT CONTINU

2 Plan de la présentation Introduction Constitution d une MCC Le Stator Le Collecteur Le Rotor Modèles et caractéristiques d une MCC Caractéristique Couple / Vitesse Réglage de la vitesse d une MCC Détermination expérimentale des paramètres

3 Introduction CHAINE D ENERGIE / INFORMATION AGIR Énergie Électrique Convertisseur Électromécanique ACTIONNEUR Énergie Mécanique

4 Introduction Les différents actionneurs électriques : MAS = Machine Asynchrone MS = Machine Synchrone MCC = Machine à Courant continu Les MCC ne sont plus utilisées en forte puissance, mais persistent en faible puissance (qqs W à qqs kw). Elles sont remplacées par des machines à courant alternatif (MAS ou MS). Application de la MCC : TGV Paris Sud-Est

5 Introduction Pourquoi alors l étudier? Son étude est importante, car sa commande est aisée et facile, et, les commandes modernes des machines à courant alternatif, tentent de s approcher de celle d une MCC. En effet, on a pour une MCC : Ω proportionnelle à U I proportionnel au couple Γ La majorité des actionneurs électriques sont aujourd hui utilisés à vitesse variable, en asservissement de vitesse, de position ou de couple. Donc, la MCC s adapte très bien à ces fonctionnements.

6 Constitution Les différents constituants : Stator ou Inducteur : Partie fixe Rotor ou Induit : Partie mobile Entrefer : Espace séparant le stator et le rotor

7 LE STATOR ou INDUCTEUR Constitution Rôle : Créer un champ magnétique fixe dans l espace. Méthode : Bobinage parcouru par un courant continu i ex ou par des aimants permanents. Le bobinage est placé sur un circuit magnétique feuilleté.

8 LE STATOR ou INDUCTEUR Circuit magnétique Photographie stator bobiné. feuilleté Constitution Pôles principaux Pôles de compensation

9 LE ROTOR ou INDUIT Constitution C est le lieu de la conversion électromécanique. Des conducteurs traversés par un courant I sont placés dans des encoches. Le rotor est composé d un circuit magnétique feuilleté, où sont placées des encoches recevant les conducteurs d induit. Ces conducteurs traversés par un courant I sont soumis au champ magnétique B ex créé par l inducteur, et donc soumis à une force de LAPLACE : ur uur ur F = I. dl B

10 LE ROTOR ou INDUIT Constitution Afin d obtenir un couple moyen non nul, il est nécessaire d inverser périodiquement le courant dans les conducteurs d induit. Le courant fourni par la source d alimentation reste continu et constant. Animation C est un des rôles du système balais-collecteur.

11 LE COLLECTEUR Constitution Rôle : Permettre l alimentation de l induit (partie tournante) depuis l extérieur et inverser périodiquement le courant dans les conducteurs. Méthode : Les conducteurs de l induit sont raccordés à un mécanisme solidaire de l induit où viennent frotter des balais. Ressorts de compression Fil d alimentation d induit Lames du collecteur Conducteurs d induit Balais en graphite

12 LE COLLECTEUR Constitution I I=0 I I I=0 I Le système balais collecteur fonctionne comme un ONDULEUR DE COURANT.

13 Constitution La fcem E est proportionnelle au flux créé par l inducteur et à la vitesse angulaire. E = k. Φ. Ω = k. Φ ( i ). Ω ex ex Dans le cas d une MCC à aimants permanents, Φ ( ) est constant, donc : i ex E = K. Ω

14 REACTION MAGNETIQUE D INDUIT Constitution Lorsqu un courant I circule dans l induit, il a pour conséquence de créer un champ magnétique B ind appelé champ de réaction magnétique d induit. Ce champ de réaction d induit à pour conséquence de faire chuter le flux embrassé par les spires. On a donc : E = k. Φ ( i, I). Ω ex Pour compenser cette chute de flux, dans les machines de moyennes et de fortes puissances, des pôles de compensation magnétique sont placés entre les pôles inducteurs.

15 Constitution Machine à courant continu compensée : Une machine à courant continu est dite compensée, si le courant d induit n a pas d effet sur la fcem. On a donc : Φ ( i, I) = Φ ( i ) E = E = k. Φ ( i ). Ω ex ex ( I = 0) ( I 0) ex C est une hypothèse que l on fait pour chaque étude.

16 Expression du couple électromagnétique : Modèles de la MCC L expression du couple peut être obtenue par un bilan de puissance en fonctionnement MOTEUR. P u P abs = UI P e = Γ u Ω P ji = RI² Pbalais P fer P meca Appelée aussi pertes collectives L expression du rendement d une MCC en fonctionnement MOTEUR s exprime par : η Pu Γ u. Ω = = P Γ. Ω + RI ² + U I + P + P abs u balais fer meca

17 Modèles de la MCC En convention MOTEUR et pour une MCC à excitation indépendante, le modèle électrique est de la forme : En régime permanent, on néglige les effets des inductances L et L ex. Cela revient à considérer les courants i ex et I constants. Dans tous les cas, on néglige la chute de tension due aux balais (de l ordre du volt comparativement à U centaines de volts) U b

18 En convention moteur, on a : La puissance électromagnétique s exprime donc par : P = P P = UI RI ² = EI + RI ² RI ² = EI = Γ. Ω e abs ji e Or : E = k. Φ ( i ex ). Ω Donc : Γ = k. Φ ( i ). I e ex U = E + RI + U balais La puissance absorbée par la MCC vaut donc : 2 Pabs = UI = EI + RI + UbalaisI Modèles de la MCC Le couple électromagnétique est donc proportionnel au flux créé par l inducteur et au courant d induit. Dans le cas d une MCC à aimants permanents, ou lorsque le courant d excitation est constant, Φ ( ) est constant, donc : i ex Γ = e K. I

19 Variation de vitesse de la MCC

20 CAS GENERAL : En négligeant la résistance d induit, on a : Variation de vitesse de la MCC Ω U k. Φ ( i ) ex Pour régler Ω, on peut donc agir sur : La tension d induit; le flux Φ(i ex ) par action sur i ex.

21 Variation de vitesse de la MCC Cas d une MCC à aimants permanents ou excitation constante : En fonctionnement moteur, on a en négligeant la chute de tension dans la résistance R : Ω U K Le réglage de la vitesse se réalise donc par action sur la tension d alimentation. La vitesse Ω max est fixée par la tension d alimentation nominale U nom, et s exprime par : Ω max U nom K

22 Identification des paramètres de la MCC Un modèle électrique d une MCC en convention moteur s écrit par : Dans le cas d une MCC à aimants permanents, ou à excitation indépendante constante, cela s écrit : di U = E + RI + L dt E C = K Ω = KI Les paramètres électriques d une MCC sont donc les constantes : R = résistance d'induit en Ω L = inductance d'induit en H K = constante de fcem et de couple en V/rad.s et N.m.A -1-1

23 Identification des paramètres de la MCC Les paramètres électriques d une MCC sont donc les constantes : R = résistance d'induit en Ω L = inductance d'induit en H K = constante de fcem et de couple en V/rad.s et N.m.A -1-1