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Le moteur à courant continu |
I - Le moteur à courant continu
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Les machines à courant continu sont essentiellement composées :
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1.1 DIFFÉRENTS TYPES DE MOTEURS A COURANT CONTINU
Selon le type d’inducteur et son mode de branchement, on trouve:
- Les moteurs dont l’inducteur est constitué par des aimants permanents.
- Les moteurs à excitation séparée (l’inducteur peut être alimenté séparément par une source d’énergie autre que celle de l’induit)
- Les moteurs à excitation série (l’inducteur est branché en série avec l’induit)
- Les moteurs à excitation dérivation (l’inducteur en branché en parallèle sur l’induit).
1.2 CONVERSION DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE EN ÉNERGIE MÉCANIQUE
a) Principe physique (vidéo)
Un moteur à courant continu est mis en rotation grâce à une force magnétique induite : la force de LAPLACE. (Force de Lorentz)
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b) Application au moteur à courant continu
Les pôles Nord et Sud des aimants permanents créent un flux (champ magnétique B ) dans le moteur. La spire est alimentée et plongée dans ce flux. Elle est soumise à un couple de forces F (force de Laplace). Le moteur se met en rotation. On dit qu'il y a création d'un couple moteur. Compte tenu de la disposition des balais et du collecteur, le sens du courant I dans la spire change à chaque demi-tour, ce qui permet de conserver le même sens de rotation (sinon, la spire resterait en position d'équilibre).
1.3 MODÈLE ÉQUIVALENT DE LA MACHINE À COURANT CONTINU
Le modèle électrique d ‘ un moteur à courant continu est constitué d ‘ une force électromotrice f.e.m notée E, proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur, d ‘ une résistance r (résistance de l‘induit) et d ‘ une inductance L.
Le terme L . di/dt n’existe que si le courant est variable, c’est à dire aux régimes transitoires (démarrage, freinage). En régime permanent établit, il est alors possible de simplifier ce modèle.
1.4 La vitesse
La vitesse s‘exprime en tours par minutes (tr/mn) ou en radians par secondes (rd/s). Cette grandeur est souvent notée n ou N (tr/mn) ou Ω (rd/s) ou encore ω (rd/s).
Si on néglige la chute de tension aux bornes de la résistance de l‘induit on peut dire que la vitesse de rotation de l‘arbre moteur est proportionnelle à la tension d’alimentation U du moteur.
1.5 Le couple
Le couple s‘exprime en Newton par mètre (N.m), cette grandeur est C
1.6 La puissance
La puissance s ‘ exprime en watt (W), cette grandeur est notée P.
La puissance électrique (Pe) au niveau de l‘induit s‘exprime par la relation Pe = E × I .
La puissance mécanique (Pm) s‘exprime par la relation Pm = C × ω (puissance utile).
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Si on effectue un bilan complet des puissances pour une machine réelle, on observe des puissances utiles et celles qui traduisent des pertes mécaniques ou électriques. |
1.7 Le rendement
Le rendement du moteur est défini comme le rapport de la puissance utile (fournie) sur la puissance absorbée (consommée). Le rendement est un nombre sans unité, dont la valeur est comprise entre 1 (pour une transformation idéale) et 0 (si toute l’énergie est dissipée). On l’exprime cependant souvent sous forme d’un pourcentage (de 0 % à 100 %).
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Pu η = –– et 0 ≤ η ≤ 1 Pa |
En physique, le rendement désigne le rapport entre l'efficacité énergétique réelle d'une machine thermique et son efficacité théorique maximale.
En mécanique, le rendement d'un moteur à explosion exprime le ratio de la puissance mécanique restituée par rapport à la puissance thermique fournie par le carburant.
En chimie, le rendement chimique d'une réaction est le nombre de moles de produit formé divisé par le nombre de moles de réactif limitant présent au début de la réaction.
En électronique, le rendement exprime le rapport entre la puissance consommée et la puissance fournie par un circuit.
En électrotechnique, le rendement d'un moteur électrique est donné par le rapport entre la puissance mécanique délivrée et la puissance électrique absorbée.
1.8 Courbes caractéristiques
On donne ci-dessous, les courbes caractéristiques d’un moteur à courant. Les grandeurs vitesse de rotation, rendement, puissance électrique et puissance mécanique sont données en fonction du couple résistant sur l'arbre moteur pour une tension d'alimentation constante.
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1.9 COMMANDE D’UN MOTEUR à COURANT CONTINU
Mise en situation
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La commande d’un moteur à courant continu correspond à la fonction «distribuer l’énergie» de la chaîne d’énergie. Elle permet de changer la vitesse et/ou le sens de rotation du moteur. |
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