1. schéma électrique équivalent du moteur -...
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SCIENCES DE
L’INGENIEUR St Jo
Avignon
MOTEUR A COURANT CONTINU
FICHE DE
COURS
V Chassilian
La machine à courant continu est un convertisseur d’énergie. Elle convertit une énergie électrique en énergie mécanique ou une énergie mécanique en énergie électrique. On dit que c'est une machine réversible.
Le moteur est constitué d'un rotor (partie mobile ou induit) et d'un stator (partie fixe ou inducteur).
Le stator ou inducteur peut prendre 2 formes : soit un aimant permanent soit une bobine
Le rotor est constitué d’un ensemble de fils de cuivre, bobinés en forme rectangulaire, alimentés par un collecteur et des balais. La rotation du rotor est réalisée grâce à la loi de Laplace.
1. Schéma électrique équivalent du moteur :
2. Relations entre grandeurs électriques et mécaniques :
Pour un moteur à aimant permanent, alimenté par un courant continu :
M
U : tension aux bornes de l'induit en V,
I : courant dans l'induit en A,
E : force électromotrice en V,
R : résistance interne de l'induit
en ,
Ω : vitesse du moteur en rad/s
k : constante liées à la constitution interne du moteur.
Loi d’Ohm du moteur :
U = E + R . I
Force électromotrice :
E = k . Ω
On en déduit :
Ω =
La vitesse de rotation du moteur est directement liée à …….. …………..
…………..……………………………..…………...…
…
U : tension aux bornes de l'induit en V,
I : courant dans l'induit en A,
E : force électromotrice en V,
R : résistance interne de l'induit
en ,
L : Inductance d’induit
Ainsi, la variation de vitesse
s’effectue en faisant varier la
valeur moyenne d’une tension
carrée 0-Valim appliquée aux
bornes de l’induit du moteur. Pour
cela, on fait varier son rapport
cyclique (à fréq. constante).
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Application : Analyse d’un relevé de courant circulant dans un moteur à courant continu
3. Bilan énergétique et rendement :
U : tension aux bornes de l'induit en V,
I : courant dans l'induit en A,
E : force électromotrice en V,
R : résistance interne de
l'induit en , T : couple électromécanique en N.m,
k' : constante liée à la
constitution interne du moteur.
Couple électromécanique :
T = k’ x I
On en déduit :
I =
Le couple développé par le moteur est directement lié au …….. …………..
…………..…………………………………………………………………..………et réciproquement
La courbe ci-contre représente le courant
circulant dans un moteur lors de ses
différentes phases de fonctionnement.
Pour chacune des phases suivantes,
donner le numéro correspondant ainsi
que la valeur du courant :
Fonctionnement à vide ( )
Ivide =
Démarrage ( )
Idém =
Freinage ( )
Ifre =
Fonctionnement en charge ( )
Icha =
Pa
Pm Pf Pj
Pu Moteur à courant
continu
Pa = U . I (Obtenu par la mesure de U et I)
Pj = R . I ² (Obtenu par la mesure de I, R étant donné)
Pu = Pa - Pj - P (Obtenu par le calcul, P ayant été déterminé lors des mesures à vide)
On en déduit, le rendement :
= Pu / Pa
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4. Point de fonctionnement :
5. Utilisation d’un réducteur :
Lorsque l’on voudra fournir un effort plus important que celui
qui est réalisable par le moteur utilisé, on fixera un réducteur sur
l’arbre du moteur. Ce réducteur va créer un couple qui va
s’opposer à la force développée par le moteur, le moteur va
donc développer un couple plus important afin de palier cette
augmentation de charge et va donc développer un couple plus
grand. Par contre on va perdre de la puissance à cause de l’effort
supplémentaire fourni et la vitesse de rotation va diminuer.
Cette augmentation de couple va provoquer une augmentation du courant absorbé.
6. Pourquoi choisir un moteur à courant continu :
Le moteur à courant continu est apprécié pour sa grande souplesse d'utilisation dans les systèmes nécessitant
une variation ou une régulation de vitesse mais surtout dans les systèmes embarqués dont l’alimentation est
réalisée par une batterie, des accumulateurs ou des piles. Par contre, son coût élevé et sa faible robustesse (en
raison des frottements) ont entrainé depuis quelques années son remplacement progressif par le moteur
‘brushless’. Il est très utilisé dans les jouets, les tables traçantes, le micro-outillage, les essuie-glaces et lève-vitres,
les démarreurs. Dans l’industrie sur les axes de machines outils à commande numérique.
Vocabulaire : Pa : Puissance absorbée. Cette puissance correspond à la puissance électrique nécessaire pour vaincre les pertes. Pj : Pertes par effet joule dans l'induit Ces pertes varient en fonction du courant absorbé par le moteur, elles ne sont donc pas constantes et devront être calculées pour chaque valeur de courant.
Pm : Pertes mécanique (Frottements, etc...) et Pf : Pertes fer (Hystérésis, courant de Foucault, etc…) On considérera que ces pertes sont constantes quel que soit le courant absorbé, on les détermine lorsque le moteur est à vide (Pu=0). Le calcul permet de déterminer P=Pf+Pm (Pf et Pm sont indissociables).
Pu : Puissance utile Cette puissance correspond à l’énergie électrique qui va être réellement transformée par le moteur en énergie
mécanique Pu=Tu. (Tu en N et en rad/s).
Une charge oppose au moteur un couple résistant Tr.
Pour que le moteur puisse entraîner cette charge, le
moteur doit fournir un couple utile Tu de telle sorte que :
Tu = Tr
Cette équation détermine le point de fonctionnement du moteur.