4-mcc-cours-1

http://www.hmidi.10001mb.com/ / 8 Leçon B3-1 : moteur à courant continu

Lycée :

Ibn ELJAZZAR Chapitre B3 : Moteur à courant continu Classe :

4 Tech

Génie électrique

Sciences techniques

OS B31: Tracer les caractéristiques d'un moteur à courant continu OS b32: Déterminer le point de fonctionnement pour une charge donnée

Prof:

HmidiF

A.S. : 2010

Leçon : Moteur à courant continu Durée :4H

A) Rappel : La machine à courant continu est constituée de deux parties principales :

Une partie fixe appelé stator ou inducteur

Une partie mobile appelé rotor ou induit

Le circuit inducteur étant alimenté, la machine à courant continu fonctionne en :

Moteur si on alimente l’induit par une source de tension continu.

Elle transforme alors l'énergie électrique en une énergie mécanique de rotation

Générateur si on fait tourner l’induit par un procédé d’entraînement.

Elle transforme alors l'énergie mécanique de rotation en une énergie électrique

⇒ on dit que la machine à courant continu est Réversible

D’après la loi de LAPLACE le sens de la de la force (donc sens de rotation) est donné par

la règle des trois doigts de la main droite telle que :

Pour inverser le sens de rotation d’un moteur à courant continu :

à électro-aimant, on inverse soit le sens du courant dans du courant dans l'induit

soit le sens du courant dans l'inducteur (donc sens du champs)

à aimant permanent, on inverse seulement le sens du courant dans l'induit

Symboles Schéma équivalent de l’induit :

Expression de la force contre électromotrice :

E’ = n N ΦΦΦΦ U = E' + RI

La pouce est dirigé dans le

sens du champ magnétique.

Le majeur est dirigé dans le

sens de l’intensité.

L’index est dirigé dans le

sens de la force.

a b

M U

E’

R.I

U

I

R


B ) Bilan énergétique et rendement

I) ca s d'un moteur à électro-aimant :

1) Bilan

2) Définitions :

P : Puissance absorbée par l’induit en charge ; (w)

Po : Puissance absorbée par l’induit à vide (=sans charge); (w)

Pex : Puissance absorbée dans l’inducteur ;(w)

Pa : Puissance absorbée par le moteur ; (w)

pj : Pertes joules dans l’induit en charge ; (w)

pjo : Pertes joules dans l’induit à vide ; (w)

pjex : Pertes joules dans l’inducteur ; (w)

Péu : Puissance électrique utile ou puissance moteur ou puissance électromagnétique (w)

Pu : Puissance utile ; (w)

pc : pertes constantes ;(w)

pf : petes dans le fer ;(w)

pm : pertes mécaniques ;(w)

I : courant absorbé par la charge ; (A)

Iex : courant d’excitation de l’inducteur

I0 : courant absorbé à vide (= sans charge) ; (A)

U : tension de l’induit

Uex : tension de l’inducteur

E’ : f.c.e.m en charge (V)

E’o : f.c.e.m à vide (V)

T : couple électrique utile ou couple moteur ou couple électromagnétique ; (N.m)

Tu : couple mécanique utile ou couple utile ; (N.m)

Tc : couple constant ;(N.m)

ΩΩΩΩ : Vitesse angulaire ;(rd/s)

n : Fréquence de rotation ;(tr/s)

ηηηη : Rendement ;( sans unité)

R : résistance de l’induit ; (Ω)

P =U*I

pjex = uex*iex

pj = R*I2

Peu = E'*I

pc

Pa = U*I + uex*iex

pex =uex * iex

Pu


3) Relations ∑pertes = pj + pc + pex

Pu = Péu – pc = P - ∑pertes

Péu = P – pj

Ω = 2*Π*n T = Péu /Ω Tu = Pu /Ω Tc = pc /Ω T = Tu + Tc

η = Pu /Pa Péu = E'*I = T * Ω. pc = pm + pf

Po = UI0

4) Essai à vide : (Tu = 0 ) Pu = 0

pc = Po – pj0 = E’0I0 = pm + pf

II) Cas d'un moteur à aimant permanent 1) Bilan

2) Relations ∑pertes = pj + pc

η = Pu /P

III) Activité

I- Bilan énergétique:

Un moteur à courant continu à excitation séparée, est alimenté par une source de tension

continue constante U = 250V.

* La résistance de l’induit est Ra = 0.5Ω

* Pour créer un flux constant l’inducteur est soumis sous tension Uex =100V et parcouru par

un courant Iex = 5A

* Un essai à vide : le moteur absorbe un courant Io = 1.6A et tourne à une vitesse no

P =U*I

pj = R*I2

Peu = E'*I

pc

Pu


* Un essai en charge : le moteur absorbe un courant I = 20A et tourne à une vitesse

n = 1000tr/mn

1-/ Donner le schéma électrique équivalent à l’induit .( indiqué le sens du courant et les chutes

de tension ) et Déterminer l’expression de la f.c.é.m du moteur et calculer sa valeur :

U =………………………………………………………………… ==> E’ = …………………………………………………………………………..

==> E’ = ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..

2-/ Calculer :

a-/ La puissance absorbée par l’induit P :

P = ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

b-/ La puissance absorbée par l’inducteur Pex :

Pex = …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

c-/ Les pertes joules dans l’induit pj :

pj = ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

d-/ Les pertes constantes pc :

pc = ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3-/ Déduire :

a-/ La puissance absorbée par le moteur Pa :

Pa = ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

b-/ La puissance électrique utile Péu :

Péu = ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

ou bin

Péu = …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

c-/ La puissance mécanique utile Pu :

M U

--

+

U

--

+


Pu = ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

4-/ Calculer : sachant que Ω=2πn = ………………………………………………………………

a-/ Le couple électrique utile Téu :

Téu = ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

b-/ Le couple mécanique utile Tu :

Tu = …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

c-/ Le couple des pertes constantes Tc :

Tc = …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

ou bien

Tc = …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

d-/ Sommes des pertes ∑p :

∑p = …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

e-/ Le rendement η :

n =……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

5-a-/Déterminer la valeur de la vitesse no lors de fonctionnement du moteur à vide :

En charge :E’ = ……………………………………… ==> NØ = …………………………………………………………………………

A vide : E’o = ………………………………………… ==> NØ = …………………………………………………………………………..

==> …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

b-/ compléter le bilan des puissances :

…………………

Inducteur

Induit

…………………

…………………

………………… …………………

…………………

………………… ………………… …………………


C) Caractéristiques à iex = Cte et U = Un = Cte

I) Cas d'un moteur à courant continu à excitation indépendante constante :

Activité:

Faire varier la charge et pour différente valeur de courant de l'induit I, relever la valeur de

la vitesse n et du couple Tu correspondante.

a) Caractéristiques de vitesse : n = f(I)

* Tracer la courbe de n =f(I) et conclure

* Sachant que

RIUn=E'

Nφ

E'=n

-

* Exprimer n en fonction de I

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

* Conclure :

La vitesse (n) varie …………………….………………………………………………….par rapport au courant

I (A) 22 25 30 35

n (tr/mn) …… …… 1200 ……

Tu (Nm) …… …… 47.8 ……

Conclusion:

La vitesse (n) varie

………………………………………………….

………………………………………………….

par rapport au courant (I)

I(A)

1210

n (tr/mn)

5

1215

1205

1200

1195

20 25 30 1190


b) Caractéristique de couple : Tu = f(I)

* Tracer la courbe de Tu =f(I) et conclure (on suppose que T = Tu)

* Sachant que nNφE'Ω

PéuT

=

=

* Exprimer Tu en fonction de I

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………

* Conclure

Le couple (Tu) vari …………………………………………………………………………par rapport au courant (I)

c) Caractéristique mécanique : Tu = f(n)

* Tracer la courbe de T en fonction de n

I (A)

50

Tu (Nm)

5

60

40

30

20

20 25 30

10

Conclusion:

Le couple utile (Tu) vari

………………………………………………………….

…………………………………………………………

par rapport au courant (I)

n(tr/mn)

50

Tu (Nm)

1190

60

40

30

20

1195 1205 1215

10

1200 1210

Conclusion

Le couple (Tu) vari

……………………………………………………….

………………………………………………………..

Par rapport à la vitesse (n)


* Sachant que Ra.I + E' =Un

I2π

Nφ=T

* Exprimer T en fonction de n

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………

* Conclure

Le couple (Tu) vari …………………………………………………………………………………..Par rapport à la vitesse (n)

C) Point de fonctionnement Une charge oppose au moteur un couple résistant Tr. Pour que le moteur puisse entraîner

cette charge, il doit fournir un couple utile TU de telle sorte que TU = Tr.

Activité

Déterminer le point de fonctionnement

de ce moteur dans le cas où le moteur

entraîne une charge résistive de couple

Résistant constant : Tr1 = 30Nm

* le point de fonctionnement de la charge résistive Tr1 :

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

* Déduire la puissance utile Pu :

……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

n(tr/mn)

50

T (Nm)

1190

60

40

30

20

1195 1205 1215

10

1200 1210

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