moteur cc (cours)

BTS ATI1 CONSTRUCTION ELECTRIQUE

Lyce G. Apollinaire MACHINES A COURANT CONTINU

COURS : LES MACHINES A COURANT CONTINU

Dure du cours : 2 heures

Objectifs du cours :

Acqurir les connaissances de base sur les actionneurs lectriques.

Capacits :

Analyser un document technique, une solution technique (C2).

Connaissances nouvelles :

Les actionneurs lectriques (S871) :

- Technologie succincte et utilisation des moteurs courant continu

Prrequis :

Lois fondamentales de l'lectricit et de l'lectromagntisme.

BTS ATI1 CONSTRUCTION ELECTRIQUE 1/6


LES MACHINES A COURANT CONTINU

Les machines courant continu sont des convertisseur d'nergie rversibles :

On utilise aujourd'hui essentiellement ces machines en moteur. La fonction gnrateur est

utilise pendant les phases de rcupration d'nergie (freinage)

1. PRINCIPE et CONSTITUTION

Les conducteurs du rotor, parcourus par le courant d'induit Ia et placs dans le champs

magntique produit par l'inducteur, sont soumis des force de LAPLACE formant un couple.

INDUCTEUR (Stator) : Partie fixe de la machine. Il est constitus par les ples magntiques

permettant la cration d'un FLUX MAGNETIQUE qui se referme par le circuit magntique

constitu par la carcasse de la machine. Les ples sont raliss soit par des bobinages

parcourus par un courant d'excitation Ie, soit par des aimants permanents (Ferrites,

Cramiques, Samarium - Cobalt).

INDUIT (Rotor) : C'est la partie tournante de la machine. Dans les encoches sont logs des

conducteurs parcourus par des courants soumis au champ magntique ce qui engendre une

force produisant un couple.

COLLECTEUR : Form dun ensemble de lames de cuivre raccordes aux conducteurs du rotor, isoles latralement les unes des autres et disposes suivant un cylindre en bout de

rotor. Deux balais ports par le stator assurent le contact avec le collecteur.

Ples auxiliaires (ou ples de commutation) : Amliore la commutation en supprimant la

f.e.m. de commutation (suppression des tincelles entre les balais et le collecteur)

Enroulement de compensation : Compense la raction d'induit (distorsion des lignes de

champs entranant des risques d'arc entre les lames du collecteur).

CONVERTIR

L'ENERGIE

MOTEUR

Energie lectrique

Pertes

Energie mcanique

CONVERTIR

L'ENERGIE

GENERATEUR

Energie lectrique

Pertes

Energie mcanique

S

N

X

F

Ua

Ia



2. SYMBOLES et SCHEMA

2.1. SYMBOLES :

Excitation spare Aimants permanents Excitation srie

Utilisation standard Robotique

champ constant lev

Traction lectrique

fort couple au dmarrage

2.2. SCHEMA EQUIVALENT :

3. RELATIONS FONDAMENTALES

3.1. NOTATIONS :

Pm : Puissance utile sur larbre (en W) : flux inducteur (en Webers)

Tm : couple utile sur larbre (en N.m) E : force lectromotrice (en V)

Ua : tension dinduit (en V) Ue : tension dexcitation (en V)

Ia : courant dinduit (en A) Ie : courant dexcitation (en A)

n : frquence de rotation (en tr.s-1

) -1

)

p : Nb. de paires de ples N : Nb de conducteurs actifs de l'induit

a : Nb. de paires de voies d'enroulement

Pem : Puissance lectromagntique Tem : Couple lectromagntique

K : coefficient de couplage lectromagntique = a

Np

2

Kt : coefficient de couple (N.m/A) Ke : constante lectrique (V/rad/s)

3.2. RELATIONS ELECTRIQUES :

n

a

NpE = K . .

Ua = E + Ra . Ia

En ngligeant la saturation du circuit magntique : = k Ie

3.3. RELATIONS MECANIQUES :

a.) Couple :

Tem = K . . Ia

Ue

Ie

Re E

Ra Ia

Ua

L



b.) Puissance :

Pem = E . Ia = Tem .

Pm = Tm . avec = 2 . . n

c.) Vitesse :

K

IaRaUa

K

E

3.4. FLUX CONSTANT : inducteur aimants permanents ou courant d'excitation constant

K . = Kt = Ke = Cte

E = Ke . E est l'image de la vitesse

Tem = Kt . Ia Ia est l'image du couple

3.5. RENDEMENT :

Les pertes fer sont l'addition des pertes dues aux courants de Foucault (limites en feuilletant les

parties ferromagntiques soumises un champ) et des pertes dues au phnomne d'hystrsis

(limites en utilisant des tles en acier au silicium).

Rendement : IeUeIaUa

Tm

Pa

Pm

4. MOTEUR A EXCITATION SEPAREE

4.1. VITESSE :

K

IaRaUa

A excitation constante et Ua constant :

En pratique la chute de tension Ra.Ia reprsente environ 2% pour les gros moteurs et de 5 10%

pour les petits moteurs (pour Ua=Unominal)

Il y a deux possibilits pour agir sur la vitesse :

Action sur Ua : si Ua et Pem

Action sur mais Tem

ce qui est reprsent sur la caractristique suivante :

Pabsorbe Pem Pm

Pa=Ua.Ia+Ue.Ie Pem=E.Ia

=Tem.

Pm=Tm.

Pertes Joule : Pj=Ra.Ia+Ue.Ie

Pertes Collectives : Pc=Pfer+Pmca

Ia

0

In I0



Une diminution excessive de (en particulier en cas de coupure du

circuit d'excitation) entrane un emballement du moteur.

4.2. COUPLE :

Tem = Kt.Ia = K..Ia

Le couple est proportionnel Ia jusqu' environ 1,3.Tnominal

Les moteurs tolrent en gnral des couples de dmarrage entre 1,2 et 1,9 Tnominal

4.3. DEMARRAGE :

A l'instant t0 du dmarrage on a = 0 E = Ke . = 0 Ua = E + Ra.Ia = Ra.Ia Ia = Ua/Ra

Ra = rsistance de l'induit = quelques diximes d'ohms quelques ohms Ia trs lev au dmarrage.

Les moteurs tolrent en gnral Idmarrage entre 1,2 et 2 Ianominal

Il faut donc utiliser un dispositif de dmarrage :

rhostat de dmarrage

dmarreur lectronique

T P

P = f()

T = f()

T = Constante

95 % des utilisations

Ua et = Cte

P = Constante

ex. : enrouleuses

Ua = Cte et fonctionnement dsexcit

T

Tn

In 1,2.In 2.In I



4.4. INVERSION DU SENS DE MARCHE

L'inversion du sens de marche du moteur s'obtient :

soit en inversant la tension d'induit Ua.

soit en inversant le flux donc Ie.

4.5. REVERSIBILITE DU MOTEUR A COURANT CONTINU :

FONCTIONNEMENT DANS LES 4 QUADRANTS

Quadrants Q1 et Q3 : la puissance est positive (U*I >0)

C'est le fonctionnement normal en moteur

la machine fournie un "couple moteur".

(Le sens de rotation du moteur change entre Q1 et Q3)

Quadrants Q2 et Q4 : la puissance est ngative

fonctionnement en gnrateur

la machine fournie un couple de freinage, elle fournie de l'nergie au

rseau ou au rcepteur.

(Il est possible de rcuprer l'nergie mcanique lors du freinage si le

systme d'alimentation est rversible.)

Sens de

Rotation Vitesse Couple Puissance Quadrant

Travail

machine

lectrique

Charge

Sens 1 +

+

+

-

+

-

1

2

Moteur

Gnratrice

Rsistante

Entranante

Sens 2 -

-

-

+

+

-

3

4

Moteur

Gnratrice

Rsistante

Entranante

Note : Lorsquune machine est utilise en moteur, les phases de fonctionnement dans les quadrants 2 et 4 sont souvent trs courtes : priode de freinage , inversion du sens

de marche.



5. SCHEMAS

5.1. DEMARRAGE AUTOMATIQUE

La mise en marche s'effectue en appuyant sur S2, KM1 s'auto-alimente par KM1 (13-14) et met en service la rsistance d'conomie r1 qui diminue le courant dans la bobine. La fermeture des contacts temporises KM1 puis Kl, court-circuite les rsistances RI et R2 de dmarrage, le contact K2 (11-12) met en service la rsistance d'conomie r2.

5.2. PROTECTIONS

Contre les surcharges : relais thermique

Contre les courts-circuits : fusible ou disjoncteur (dclencheur magntique)

Contre le manque de courant d'excitation : relais minimum de courant

5.3. VARIATEUR

RTV-84 - variateurs de 32 72 A, 2 sens de marche , rversibles- Alimentation : 380/415 V 50/60 Hz

L1

L2

L3 A2

A1

-KA1

AL3

AL2

AL1

FL2

FL1

M1+

F1+

M2-

F2-

RNA

RNB

P10 E1

OE1

PL

RUN

PL

LI3

LI4

A2 : Botier antiparasite (module filtre)

L1 : Inductance de ligne

T2 : Transformateur 400V / 230V

Q2, Q3 : disjoncteurs courbe K

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