Un moteur électrique transforme l'énergie électrique qu'il reçoit en énergie mécanique. Son rôle est donc à partir du courant absorbé, il entraîne un système mécanique. 1. Moteur à excitation séparée a) Schéma de principe et équations: b) Importance du rhéostat de démarrage: Rhd De l'expression U = E + R. I, on tire I = U – E / R soit I = (U – E) / R. Au démarrage la vitesse est nulle et donc I = Id = U / R (valeur très élevée car R est faible). Afin de limiter cette pointe de courant, on insère un rhéostat de démarrage Rhd en série avec l'induit. Le courant devient alors Id = U / (R + Rhd). Donc il est dangereux de démarrer un moteur à courant continu sous sa tension nominale sans rhéostat de démarrage. c) Étude à vide: Dans cette partie nous allons étudier le réglage de la vitesse en fonction: • De la tension d'alimentation de l'induit Du courant d'excitation • Étude en charge: Caractéristique électromagnétique de la vitesse Caractéristique électromagnétique du couple: T = f (I) A flux constant, le couple en fonction du courant induit I est une droite.
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Moteur à courant continu
Généralité
On rencontre encore régulièrement des moteurs à courant continu à excitation indépendante dans les salles des machines des immeubles d'un certain âge. En général, ils font partie d'un groupe Ward-Leonard qui permet d'aisément faire varier la vitesse de rotation. Actuellement, du groupe Ward-Leonard, on ne conserve que le moteur à courant continu qui, cette fois, est associé à un variateur de vitesse statique ( variateur électronique) dont la technologie est plus simple et peu onéreuse tout en demandant peu d'entretien et en offrant des performances élevées dans une plage de vitesse très large (de 1 à 100%). Principe de fonctionnement
Le moteur à courant continu se compose:
de l'inducteur ou du stator,
de l'induit ou du rotor,
du collecteur et des balais. Lorsque le bobinage d'un inducteur de moteur est alimenté par un courant continu, sur le même principe qu'un moteur à aimant permanent (comme la figure ci-dessous), il crée un champ magnétique (flux d'excitation) de direction Nord-Sud.
Un Moteur À Courant Continu À Excitation Indépendante Sur Les Déchets
T emN = 1075 / (6, 28*16, 67);
T emN = 10, 3 N
m. Le courant d'inducteur I e est maintenu constant
et égal à sa valeur nominale. On suppose que
le moment du couple électromagnétique
T em du moteur reste constant et égal
à sa valeur nominale: T em =
T emN = constante. Expression du couple électromagnétique
F et du courant I:
D'une part E N = k FW
avec F: flux en weber (Wb),
W: vitesse angulaire ( rad/s), k
une constante. D'autre part P em = E N I=
T em W.
k FW I= T em
W; T em =
k F I. Le flux F est constant car le
courant inducteur est maintenu constant, d'où
T em =K I. De plus le couple électromagnétique
étant constant, égal à sa valeur
nominale, on en déduit que l'intensité I est
constante, égale à sa valeur nominale. Dans ces conditions, on a aussi: E = k. W.
en rad. s -1. Valeur numérique de la constante k et
préciser son unité:
k = E/ W avec
W = 2 p n = 6, 28*16, 67 =
104, 7 rad/s. k = 43/ 104, 7; k= 0, 41 V s
rad -1. Au démarrage, le moteur est traversé
par le courant d'intensité nominale et sa
fréquence de rotation est nulle.
Un Moteur À Courant Continu À Excitation Indépendante D'information En Ligne
Sur l'oscillogramme (figure 2), on observe un signal
rectangulaire qui correspond la tension
hache u, et un signal triangulaire correspondant au
courant i. Leurs priodes s'talent sur 5 carreaux,
d'o une priode:
T = 5 * base de temps = 5 x 0, 2
= 1ms = 10 -3
s.
et une frquence de fonctionnement du hacheur:1 /
10 -3 = 1000
Hz..
Sur ce mme oscillogramme, la dure
l'tat haut de la tension u s'tale sur 3
carreaux, comme les dures sont proportionnelles aux
longueurs mesures sur l'oscillogramme, on a:
a = T H /T = 3 / 5 =
0, 6. Or, sur l'oscillogramme, l'amplitude de l'image de u
(=Ua) mesure 5 carreaux soit 5 * 1 = 5V. On utilise une sonde de tension 1/50, d'o: 5*50
=250 V.
= 0, 6*250 = 150
Le signal triangulaire correspond au courant i,
On mesure:
- Valeur maximale: 3, 2 carreaux soit une tension
gale 3, 2 * 50 = 160mV. On utilise une sonde de courant de 100mV / A d'o
I M = 1, 6 A
- Valeur minimale: 2 carreaux: 2*50 = 100mV soit
I m = 1A. Ondulation: D i = 1, 6-1 =
0, 6 A.
Un Moteur À Courant Continu À Excitation Indépendante
W:vitesse de rotation en rad/s, W= 2. Π. n, avec n la vitesse du rotor en tr/s. et W= 2. n/60 si n est en trs/min k: constante. Si le flux inducteur F reste constant (et machine n'est pas saturée) on peut ecrire: E = K. W, le flux sera intégré dans la nouvelle constante K( K =k. F). on peut aussi écrire: E = K. 2. n ( en remplaçant W par 2. n), on remarque que la quantité: K. Π reste constante( si le flux d'excitation reste toujours constant), on pose alors K'= K. Π E = K'. n Quand le moteur fonctionne à flux constant: le f. m E est directement proportionnelle à la fréquence de rotation n du moteur. 4) Expression de la puissance électromagnétique et des moments des couples On a par définition la puissance électromagnétique qui s'exprime par les relations: Pem= E. I =Tem. W Tem =E. I/W= K. I (car le rapport E/W = K), donc on a une relation importante qui montre qu'à flux inducteur constant, le moment de couple électromagnétique est directement proportionnel au courant d'induit I. On exprime le moment du couple électromagnétique en Newton metre ( N. m).
Étude en charge • Caractéristique électromécanique de la vitesse • Caractéristique électromécanique du couple • Caractéristique mécanique On peut l'obtenir à partir des deux caractéristiques précédentes Bilan des puissances: Puissance absorbée (dans l'induit et dans l'inducteur): Pa = U. I Pertes par effet joule dans l'induit: Pji = R. I² Pertes par effet joule dans l'inducteur: Pjex = rs. I² Puissance électromagnétique = puissance électrique totale: Pem = Pet = E. Ω Pertes constantes = pertes collectives: Pc = Pm + Pfer Puissance utile = puissance reçue par la charge: Moteur à excitation composée Deux montages sont possibles selon le branchement l'enroulement shunt par rapport à l'enroulement série. a) Schémas et équations b) Caractéristiques Puisqu'il y'a deux flux (flux créé par l'enroulement série et celui créé par l'enroulement shunt), on constate qu'il y'a possibilité d'avoir la somme ou la différence des deux flux. Dans le 1er cas on dit que le moteur fonctionne à flux additifs et que la vitesse croit fortement avec la charge.
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