RAPPEL. F em = BlI. 4. La loi de la dynamique : si la vitesse v est constante, elle implique :

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1 RAEL Quatre lois déterminent le système électromécanique : 1. La loi de Faraday : si la vitesse du conducteur est v Il aaraît une f.é.m. E : E = Blv 2. La loi de Lalace : si le courant dans le conducteur est I Il existe une force électromagnétique : F em = BlI 3. La loi d Ohm : U = E + RI 4. La loi de la dynamique : si la vitesse v est constante, elle imlique : F em = F Le fonctionnement sera moteur si F em et v sont de même sens U = E + RI Le fonctionnement sera générateur électrique si et v sont de sens oosé. La f.é.m. E va dans le sens du courant U = E RI La uissance em F em v B l I E B l EI 1

2 Chaitre 2 Machines à courant continu Les moteurs à courant continu restent très utilisés dans le domaine de l automobile (ventilateurs, lève-vitre, etc.) ainsi qu en tant que «moteur universel» dans l électroménager et l outillage Moteur lève vitre Moteur lève-vitre Moteur universel Moteur universel 2

3 Étude de la machine à courant continu Objectifs Connaître la constitution des machines à courant continu Établir les équations de fonctionnement en régime ermanent Faire le bilan des uissances Ce chaitre rerésente le minimum de ce qui doit être comris our être caable de mener un rojet de machine à courant continu ou le maximum de ce qui est tolérable our comrendre ce qu il y a dedans. 3

4 CONSTITUTION D UNE MACHINE À COURANT CONTINU Une machine à courant continu comrend quatre arties rinciales : l inducteur ; l induit ; le collecteur ; les balais également aelés charbons 4

5 Une machine à courant continu comrend quatre arties rinciales : l inducteur ; l induit ; le collecteur ; les balais également aelés charbons Ventilateur Induit bobiné Inducteur Boîte à bornes Balais Collecteur 5

6 L inducteur ièces olaires Enroulements 6

7 L inducteur Le bobinage inducteur, traversé ar le courant inducteur I e, roduit le flux magnétique dans la machine L inducteur I e r U Modèle 7

8 4 tyes d excitation I e r I I e I tot I U MCC U r MCC U excitation indéendante excitation Shunt I Ie Itot I r MCC U r MCC U excitation Série excitation comosée 8

9 Constitution Collecteur Conducteurs Circuit magnétique 9

10 L induit L induit est comosé d un ensemble de bobines identiques réarties uniformément autour d un noyau cylindrique. Il est monté sur un arbre et tourne entre les ôles de l inducteur I MCC U Modèle 10

11 Collecteurs Le collecteur est un ensemble cylindrique de lames de cuivre isolées les unes des autres ar des feuilles de mica Balais ou charbons Les balais, ortés ar le stator, frottent sur les lames du collecteur, et ermettent d établir une liaison électrique entre l induit qui tourne et l extérieur de la machine 11

12 I SCHÉMA ÉLECTRIQUE ÉQUIVALENT D UNE MACHINE À COURANT CONTINU I e E(V ) E R U r U (rad / sec) Induit Inducteur U ri E f ( ) I ( fixe) e Exression de E U E RI E a n E k 1 E k1 k2 I e E k 12

13 Exression de coule électromagnétique C em (Nm) C em k I k 1 C em em I C em f ( I) I ( fixe) e I(A) Exression de coule utile C u u C em c c fer Exression de la uissance U I U abs I e u C u em F 13

14 Bilan des uissances et rendement Fonctionnement moteur à excitation indéendante U exc I e élec U I em EI sortie C s ji jie fi c fi u sortie entrée u ji u jie F ent ji fi em jie élec c : uissance d entrée : ertes joules de l induit : ertes fer de l induit : uissance transmise au rotor ou uissance électromagnétique : ertes joules de l inducteur : ertes mécaniques : uissance électrique ertes constantes 14

15 En entrée : Circuit induit : ent élec U I Circuit d inducteur: U exc I e En sortie : sortie C Le rendement s écrira : ertes joules de l induit : sortie entrée 2 ji RI u ji u jie F ertes joules de l inducteur : e 2 ji ri e ertes fer de l induit : ertes mécaniques : fi moteur à excitation série C em k I 2 15

16 MODES DE FONCTIONNEMENT Dans les quadrants 1 et 3, le coule et la vitesse sont de même sens : la uissance électrique est transformée en uissance mécanique fournie à la charge Le quadrant 1 corresond au fonctionnement moteur en marche avant, tandis que le 3 corresond à un fonctionnement moteur en marche arrière. Le moteur freine la charge à la montée (rad / sec) 0 0 Le moteur entraîne la charge à la montée C 0 C 0 Le moteur entraîne la charge à la descente 0 Le moteur freine la charge 0 0 à la descente C (Nm) C 0 C 0 Dans les quadrants 2 et 4, le coule est oosé à la vitesse. La uissance mécanique est fournie ar la charge qui est alors entraînante, le moteur se comorte en frein La machine convertit la uissance mécanique en uissance électrique qui sera soit renvoyée vers l alimentation (récuération) soit dissiée dans des résistances (freinage rhéostatique). 16

17 QUESTIONS DE COURS Q1. Dans une machine à courant continu, ourquoi l inducteur est-il au stator et non au rotor? R1. Une machine à courant continu avec inducteur au rotor nécessiterait deux bagues our l excitation, comme our la machine synchrone, mais en lus deux balais tournants liés électriquement aux deux bagues our la liaison avec l extérieur, les balais étant en quadrature avec l axe des ôles. Q2. A quel niveau la conversion électromécanique se fait dans une machine électrique? R2. Au niveau de la f.é.m. de l induit Q3. ourquoi chaque fil actif est-il le siège d une f.é.m. alternative au cours de la rotation? R3. e = B.l.v, l et v étant constant au cours de la rotation, e(t) reroduit dans le tems l image de B, à réartition sinusoïdale dans l esace, e est nulle sur la ligne neutre et maximale sur la ligne des ôles, e est de ulsation w Q4. Quelle est la fonction de l inducteur de la machine? R4. Création du cham magnétique Q5. our inverser le sens de rotation d un moteur, que faut-il inverser? R5. Les bornes d alimentation de l induit ou de l inducteur arès avoir éteint toutes les alimentations mais as les deux à la fois. 17

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19 1.4 Le treuil tourne à une vitesse de: Ω = v 11.π = 60 R 0,1 5,76 rad/sec Le moteur tourne 20 fois lus vite que le treuil Ω mot = 20 5,76 115,2rad/sec Soit C u = u Ω = ,2 76,4Nm mot 60115,2 N 1100tr 2 2 / min 19

20 FIN 20