Étude de la MACHINE A COURANT CONTINU

Étude de la MACHINE A COURANT CONTINU

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

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

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

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.

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

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.

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

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

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.

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

LE COLLECTEUR Constitution I I=0 I I I=0 I 1 2 3 Le système balais collecteur fonctionne comme un ONDULEUR DE COURANT.

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

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.

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.

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

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

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

Variation de vitesse de la MCC

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.

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

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

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