La machine à courant continu (MCC) Année 2006/2007
Ventilateur nduit bobiné nducteur Balais Collecteur
Composition On distingue les éléments suivants: Les pôles inducteurs avec leurs enroulements (ou leurs aimants pour des machines de très faible puissance) placés généralement sur le stator (partie fixe). L induit, dont les différentes voies de bobinage sont reliées au collecteur, l ensemble est placé sur le rotor (partie tournante).
NDUCTEUR Deux types d excitation sont utilisées, soit : - à aimants permanents. Les pertes joules sont supprimées mais l excitation magnétique est fixe. Dans les grosses machines, le coût des aimants pénalise cette solution. - à enroulements et pièces polaires. Le réglage de l excitation rend possible le fonctionnement en survitesse.
COLLECTEUR Le collecteur a pour fonction d assurer la commutation du courant d alimentation dans les conducteurs de l induit. l est essentiellement constitué par une juxtaposition cylindrique de lames de cuivre séparées par des lames isolantes. Chaque lame est reliée électriquement au bobinage induit. Son usure consécutive du au frottement des balais nécessite un démontage et un ré-usinage périodiques. De plus, il accroît de 20 à 30% la longueur totale de la machine. NDUT Le champ inducteur vu par l induit au cours d un tour est variable. l faudra feuilleter le rotor afin de réduire les pertes fer de l induit. l est donc 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.
Différents types de MCC Moteur à courant continu à excitation séparée Moteur standard, ces moteurs sont utilisés lorsqu on désire que la vitesse reste à peu près stable lorsque la charge varie Génératrice utilisée le plus souvent pour des mesures de vitesses (génératrices tachymétriques) Moteur à aimants permanents L excitation est assurée par des aimants permanents conférant à la machine un champ constant élevé. Très utilisé en robotique. Moteurs de petite puissance Moteur à excitation série Très fort couple au démarrage, utilisé en traction électrique. Vitesse diminue si la charge augmente Remarques: Les moteur universels (perceuse, aspirateur ) possède la structure d un moteur à excitation série mais avec un circuit magnétique feuilleté pour diminuer les pertes.
Description et principe de fonctionnement (Moteur) F B U L inducteur crée un champ magnétique fixe B. L induit porte des conducteurs parcourus par un courant continu; ces spires soumises à des forces (dites de Laplace), entrainent la rotation du rotor. l en résulte une variation du champ magnétique à travers chaque spire.celle ci engendre une fem qui est «redressée» par l ensemble «balais collecteur». E = K x Φ x Ω K cste moteur Φ en Wb, Ω en rad/s Si l inducteur n est pas à «aimants permanents», l alimentation de celui-ci aura un impact sur le champ magnétique donc sur le flux Φ. Si l induit présente une fem E alors qu il est parcouru par un courant, il reçoit une puissance électromagnétique : Pem = E x Le rotor tourne à la vitesse angulaire Ω de sorte que cette puissance s écrit aussi: Pem = E x = Cem x Ω Ce qui nous donne aussi: Cem = Pem/Ω = K x Φ x
Description et principe de fonctionnement (Moteur) ex Uex R R. U Dans le cadre d un fonctionnement moteur (fléchage U,) Tensions : U = E + R Uex = r x ex Bilan des puissances E Si Φ cst Cem = K x K = K x Φ E = K x Ω Cu = Pu / Ω Pem P = U x Pex= Uexx ex η = Pu /Pa Pu Pfer + Pm Pj =P collective = Uv x v (mesurée lors d un essai à vide)
Description et principe de fonctionnement (Générateur) ex B Uex R R. E U Char ge F Bilan des puissances U Dans le cadre d un fonctionnement générateur (fléchage U,) Pu Pex η = Pu /Pa Pind Tensions : U = E - R Uex = r x ex Pm Pfer
Caractéristiques (Excitation séparée)
Remarques Si l excitation est supprimée (inducteur), il y aura emballement du moteur en effet E = kφω Si φ diminue, Ω augmente => emballement Si le moteur est alimenté sous Un à l arrêt, il y aura flash du collecteur. Au démarrage d une MCC sous Un, d = U/R >> n puisque E = 0 car Ω = 0 => nécessité de diminuer le courant en diminuant la tension d alimentation, ou en mettant en place un rhéostat de démarrage pour limiter le courant. Si l induit est bloqué, il y aura déformation des lames et donc une usure du collecteur (marquage local). A vide, le couple utile est nul : l intensité est nulle.