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Le moteur à courant continu
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Plan d’étude
• Analyse externe– rôle– comportement nominal– comportement dynamique de l’ensemble
moteur récepteur
• Analyse interne– principes de fonctionnement– modélisation– équations
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Fonction du moteur
Créer un mouvement de rotation
énergie électrique
énergie mécanique
pertes
Convertir
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Comportement du moteurLe moteur est associé à un récepteur
• Le moteur propose la vitesse• Le récepteur fixe le couple• L’équilibre donne le point de
fonctionnement
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Comportement dynamiqueLe moteur entraîne une charge en
rotation– Couple moteur– Couple résistant– Mise en mouvement de la matière
Moteur
Frottements
Moment d ’inertie
Fréquence de rotation
Cm - Cr = J ddt
Décrit la mise en mouvement
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Caractéristiques du moteur
• Caractéristique Couple en fonction de Fréquence de rotation
• Influence de la tension d’alimentation
Couple
U1 U2<U1
U3<U2
U2U3
(N.m)
Fréquencede rotation (rd/s)
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Caractéristiques du récepteur
Exemple de récepteur : ventilateur
Couple (N.m)
Fréquencede rotation (rd/s)
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Point de fonctionnement
Equilibre entre les possibilités du moteur et les exigences du récepteur
Couple
Fréquencede rotation
(N.m)
(rd/s)
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Démarrage• Le démarrage ne peut être direct• Faire varier la tension d’alimentation afin
de respecter un courant d’induit maximal
CoupleU1U2U3
(N.m)
Vitesse derotation (rd/s)
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Architecture simplifiéePour étudier le moteur
Induit
Inducteur
Bobinage inducteur
Bobinage d’induit
Carcasse
Entrefer
Collecteur
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Création du couple moteur
Courant
Moment magnétique
Champ magnétique inducteur
Rotation
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Rotation• Interaction entre le champ inducteur et
le moment magnétique.• La spire est libre en rotation
Champ Inducteur
Moment magnétique
AVANT APRES
= ROTATION
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Entretien de la rotation
• Le collecteur
Induit avec ses spires traversées par un courant
Il se comporte comme un aimant
Collecteur composé de lames de cuivre isolées entre elles
Il assure la commutation du courant dans les spires pour que le moment magnétique soit toujours maximal
Les balais, en graphite, amènent le courant au collecteur. Ce sont des contacts glissants (difficiles à modéliser)
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Principe de création du couple
• Spires et courant donnent Moment magnétique
• Champ inducteur et Moment magnétique donnent Couple moteur
• Effet secondaire intrinsèque :– Spires tournant dans un champ inducteur donnent
force électromotrice
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Modèle équivalent de l’induit
Dans le cas d’un courant d’induit stabilisé
U
ER.I
I
U = tension d’alimentation du moteurE = force électromotrice développée par l’induitR = résistance de l’induit (cuivre des spires)I = intensité du courant circulant dans l’induit
U
I
M
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Equation de f.e.m.
La force électromotrice développée par l’induit est proportionnelle à la fréquence de rotation
E = k .
Le flux du champ inducteur est considéré comme constant
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Equation de couple
Le couple développé par le moteur est proportionnel à l’intensité du courant traversant l’induit
Le flux du champ inducteur est considéré comme constant
Cm = k . I
Les coefficients k de ces deux équations sont égaux
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Amélioration du modèle
• Le modèle précédent ne tient pas compte des pertes autres que par effet Joule dans l’induit
• A vide, le moteur absorbe une puissance qui est perdue en totalité. On obtient ainsi une bonne approximation des pertes autres que par effet Joule
• La puissance absorbée à vide est caractérisée par le couple de valeurs (Un, Io)
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Nouveau modèle
• Ce modèle introduit une dérivation de courant Io
UE
R.II
Io
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Bilan des puissances dans l’induit
La puissance électromagnétique est souvent considérée comme la puissance utile
Il faut tenir compte de la puissance dépensée par le circuit inducteur
Puissanceabsorbée
U .I
E . I Puissanceélectromécanique
R .I2
autres pertes
Pertes Joule
Pertes mécaniques
Puissance Utile
T.
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