Évolution des moteurs cc

7/26/2019 volution Des Moteurs Cc

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volution des moteurs courant continu en traction

07/01/2001

PascalDEREUMAUX

Dans un moteur, les orces !ui s"e#ercent la $%ri$&%rie de l"induit sont $ro$ortionnelles l"intensit% dans les conducteurs de l"induit et la valeur de l"induction dans l"entreer'

("intensit% i#e les dimensions du cuivre du )o)ina*e, tandis !ue le lu# i#e les sections deer' (e cou$le l"ar)re +$roduit de la orce e#erc%e la $%ri$&%rie de l"induit $ar le raon-d%$end donc, $res!ue en totalit%, des dimensions *%om%tri!ues du moteur'

(a .'E'M' de la mac&ine est

avec nom)re de conducteurs actis lu# moen sous un $le

n vitesse en tr / s2 ' a nom)re de voies d"enroulement2 ' $ nom)re de $aires de $les

(a $uissance transorm%e $ar la mac&ine est

et l"e#$ression du lu# moen

avec induction sous un $le +tesla-D diam3tre de l"induit4 surace d"un $le arc $olaire( lon*ueur de l"induit

ra$$ort arc $olaire / distance $olaire

4i on introduit A 5 densit% $%ri$&%ri!ue de c&ar*e en am$3res6conducteurs $ar m

avec courant dans un conducteur acti d"o


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et

("e#$ression *%n%rale de la $uissance d"un moteur est donc donn%e $ar la ormule

avec

n vitesse de rotation, en tr / s au r%*ime nominal

induction moenne dans l"entreer, en tesla

A c&ar*e lin%i!ue en am$3res 6 conducteurs $ar m

D diam3tre de l"induit en m

( lon*ueur de l"induit en m

d%$end de la $uissance de la mac&ine +P 8 900 :; , < 1 tesla-'est de l"ordre de 0,9 0,79 selon !ue les mac&ines sont munies ou non de $les au#iliaires'A est de l"ordre de 29000 =9000 A / m $our les mac&ines avec $les de commutation et

enroulement de com$ensation'

>n $eut consid%rer l"induction moenne dans l"entreer et le rendement comme desconstantes' ?l e#iste donc trois $ossi)ilit%s $our au*menter la $uissance

au*menter la vitesse de rotation n

au*menter les dimensions D et (

au*menter la c&ar*e lin%i!ue A

ous allons voir comment c&acune de ces $ossi)ilit%s $ermet d"accro@tre la $uissances$%cii!ue'

1' Au*mentation de la vitesse +erme n-

(a vitesse de rotation ma#imale du moteur est i#%e $ar les diam3tres de l"induit, ducollecteur et $ar les consid%rations m%cani!ues diam3tre des roues de la locomotive etra$$ort d"en*rena*es' ("au*mentation de cette vitesse est en *rande $artie limit%e $ar les

consid%rations d"ordre m%cani!ue r%sistance du rotor, du collecteur, des rettes' (es vitesses$%ri$&%ri!ues ma#imales d"induit $rati!u%es sont de l"ordre de B0 m/sec, et 99m/sec au


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collecteur' (a connaissance de la vitesse $ermet de c&oisir le ra$$ort de r%duction, celle ducou$le $ermet de d%inir les dimensions des dentures'

2' Au*mentation des dimensions +erme DC(-

Pour un t$e donn% de locomotive, les limites d"encom)rement du moteur sont im$os%es'Par e#em$le, dans le cas d"une locomotive )o*ies monomoteur avec un em$attement de2,Bm, on $eut lo*er un moteur dont les dimensions ma#imales sont

diam3tre e#t%rieur de la carcasse =00 mm'

lon*ueur a#iale du moteur 109 mm'

4i le diam3tre au*mente, le moment d"inertie au*mente aussi' "est le diam3tre !ui ore le$lus de $ossi)ilit%, d"autant !u"il intervient au carr%' (a locomotive 19000 est %!ui$% d"unmoteur dont le diam3tre d"induit est de 1,1Bm'

F' Au*mentation de la c&ar*e lin%i!ue +erme A-

(a valeur de A +am$3res6conducteurs $ar m3tre de lon*ueur la $%ri$&%rie de l"induit-,d%$end du diam3tre de l"induit' Pour un moteur de diam3tre donn% et $our le!uel le nom)re deconducteurs d"induit se trouve %*alement i#%, il n" a !u"une $ossi)ilit% $our au*menter Aau*menter l"intensit% a)sor)%e $ar le moteur' Ainsi la densit% de courant dans les conducteurset notamment dans les conducteurs d"induit se trouve au*ment%e' ("au*mentation de A

entra@ne une au*mentation des $ertes il aut donc am%liorer la !ualit% des isolants +car latem$%rature au*mente- et la !ualit% de la ventilation' >n introduit souvent le $aram3tre A ' d ,$roduit de la c&ar*e lin%i!ue $ar la densit% de courant' e $roduit, $ro$ortionnel au# $ertesGoule ra$$ort%es la surace de l"entreer, caract%rise, du $oint de vue calorii!ue, la c&ar*e decuivre de l"induit' (es valeurs de A ' d ado$t%es $our les moteurs de traction sont de $lus en

$lus %lev%es ce !ui im$li!ue

l"am%lioration des conditions d"%vacuation de la c&aleur et la r%duction des $ertes

l"utilisation d"isolants ca$a)les de su$$orter des tem$%ratures %lev%es

' volution des $ertes

(e rendement, voisin de 0,H9 $our les moteurs de traction, $rovient $our une $art im$ortantedu ait !ue la classe d"isolation I $ermet de aire travailler le cuivre tem$%rature $lus%lev%e, alors !ue les $ertes Goule au*mentent moins vite !ue la $uissance' (es $ertes %vacuer sur les moteurs modernes sont tr3s im$ortantes' A titre indicati, $our un moteur de

$uissance 1900 :; les $ertes s"%l3vent 120 :; J

>n trouve ci6dessous les ordres de *randeur relatis des $ertes $our ce moteur, isolation classe

I au r%*ime continu


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Pertes rottements, $aliers, etc' ,79 K

Pertes dans le er 1,29 K

Pertes Goule R'? C =2 K

Pertes $ar c&ute de tension au# )alais F K

Autres $ertes 1= K

otal 100 K

?l aut ce$endant noter !ue la r%$artition des $ertes est di%rente suivant le r%*ime dumoteur' Au d%marra*e, )asse vitesse et orte intensit%, les $ertes cuivre sont voisines de H0K, alors !u" *rande vitesse et ai)le intensit%, les $ertes er et les $ertes m%cani!uesattei*nent 0 K'

9' once$tion %lectroma*n%ti!ue

(a m%t&ode des %l%ments inis +.EM- $our le dimensionnement %lectroma*n%ti!ue $ermetdes calculs )eaucou$ $lus $r%cis !ue ceu# eectu%s avec des $ro*rammes de calculs usuels'>n $eut d%terminer la distri)ution de l"induction, ce !ui $ermet d"o$timiser les sectionsma*n%ti!ues' (a r%$artition de la tension $ar s$ire, !ui $eut Ltre %*alement d%termin%e $artirdu calcul du c&am$, rensei*ne sur la coni*uration du c&am$ dans l"entreer' A l"aide de cescalculs, on $eut o$timiser la r%$artition du c&am$ n%cessaire dans la one de discontinuit%ma*n%ti!ue des $les $rinci$au# $our assurer une commutation im$ecca)le' (a v%riication

$ar des mesures $rati!ues illustre la Nustesse des calculs $r%ala)les'

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