ALIMENTATION ÉLECTRIQUE A COURANT CONTINU A FAIBLE ONDULATION
GENERALITES SUR LES MOTEURS A COURANT CONTINU
Introduction
Le moteur à courant continu est une machine réversible, elle peut fonctionner indifféremment soit comme réceptrice (ou moteur), soit comme génératrice (ou dynamo). Effectivement, les moteurs fonctionnant en courant continu transforment l’énergie électrique en énergie mécanique. Le MCC apporte une très grande souplesse de fonctionnement, il est de plus en plus associé à des équipements électroniques qui permettent une variation et une régulation de vitesse précise.
Constitutions
La machine à courant continu est constituée de trois parties principales. L’inducteur L’induit Le dispositif collecteur/ballais
Inducteur ou circuit d’excitation
C’est un aimant ou un électroaimant (bobinage parcouru par un courant continu i).Il est situé sur la partie fixe de la machine, il est généralement appelé stator. La partie fixe est destinée à créer le flux magnétique dans le rotor. Figure 1 : Schéma du circuit d’excitation ou inducteur ANDRIANIRINA Mamy Manantsoa 2 Génie Industriel
L’induit ou circuit de puissance
L’induit est situé au rotor (partie tournante de la machine).C’est dans cette partie qu’il y a lieu la transformation d’énergie électrique en énergie mécanique pour les moteurs et inversement pour les générateurs. C’est un bobinage parcouru par un courant continu I (courant d’induit). Figure 2 : Schéma d’induit ou circuit de puissance
Le collecteur et les balais
Le collecteur est un ensemble de lames de cuivre où sont reliées les extrémités du bobinage de l’induit. Les balais sont situés au stator et frottent sur le collecteur en rotation. Les dispositifs collecteurs et balais permettent donc de faire circuler un courant dans l’induit. La carcasse ou culasse assure simultanément deux fonctions : Magnétique : elle permet aux lignes de force du champ magnétique de se refermer, d’où une section minimale à respecter. Mécanique : c’est le bâti de la machine sur lequel viennent se fixer les pôles, les flasques, la plaque à bornes ANDRIANIRINA Mamy Manantsoa 3 Génie Industriel Figure 3 : Schéma détaillé d’un moteur à courant continu.
Principe et classification
Principe de fonctionnement Le principe de fonctionnement d’un moteur à courant continu est basé sur la loi de Laplace suivant : Tout élément de circuit parcouru par un courant d’intensité I, placé dans un champ magnétique est soumis à une force , dite de Laplace = I (1) avec : perpendiculaire au plan défini par et est de module B.I.dl. Son axe de rotation est donné par la règle de la main droite. a. Fonctionnement en moteur Soit une spire du bobinage d’induit : ANDRIANIRINA Mamy Manantsoa 4 Génie Industriel Figure 4 : Principe de fonctionnement d’un MCC en moteur Le schéma précédent indique que le champ magnétique inducteur B en interaction avec le courant inducteur I donne : forces électromagnétiques ou force de Laplace couple électromagnétique rotation du rotor b. Fonctionnement en génératrice Le principe utilisé est le phénomène d’induction électromagnétique : e = – loi de Faraday (2) Soit une spire du bobinage d’induit : ANDRIANIRINA Mamy Manantsoa 5 Génie Industriel Figure 5 : Principe de fonctionnement d’un MCC en génératrice Le champ d’inducteur plus rotation de la spire donne : Variation du flux magnétique = . Création d’un fém. induite alternative Le collecteur permet d’obtenir un fém. de forme continue.
Classification d’un MCC
On peut classer les moteurs à partir du mode de branchement de l’enroulement d’excitation par rapport à l’induit. Il existe des moteurs à excitation série, en dérivation et composée. Circuit d’excitation circuit d’induit Figure 6 : Machine à excitation indépendante
Mise en équation
Schéma électrique équivalent
Les matériaux ferromagnétiques de la machine sont supposés linéaires. On utilise un modèle de Thévenin. ANDRIANIRINA Mamy Manantsoa 7 Génie Industriel Figure 10 : Modèle de Thévenin D’après la Loi des branches : (3) • Fonctionnement en moteur : I > 0; P e = U I > 0, alors E < U • Fonctionnement en génératrice : I < 0; P e = U I < 0, alors U < E 1.4.2 Expression de la force électromotrice induite La loi de Faraday énonce que l’apparition d’un courant induit i dans un circuit entraîne une apparition d’une f.é.m. induite. (4) 1.4.3 Expression de la force contre électromotrice La loi de Lenz énonce que tout circuit fermé traversé par un champ magnétique de flux variable est siège d’un courant d’induit i, tel que son flux propre s’oppose à la variation du flux inducteur. Dans le cas d’un MCC, la f.c.é.m. et la variation d’un flux sont obtenues par la rotation du rotor.
Table des matières
REMERCIEMENTS
TABLE DES MATIERES
LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES NOTATIONS ET SYMBOLES
ABSTRACT
INTRODUCTION
CHAPITRE 1. LE MOTEUR A COURANT CONTINU
1.1 Introduction
1.2 Constitution.
1.2.1 L’inducteur ou circuit d’excitation
1.2.2 L’induit ou circuit de puissance
1.2.3 Le collecteur et les balais
1.3 Principe et classification
1.3.1 Principe de fonctionnement
a. Fonctionnement en moteur
b. Fonctionnement en génératrice
1.3.2 Classification d’un MCC
1.4 Mise en équation.
1.4.1 Schéma électrique équivalent
1.4.2 Expression de la force électromotrice induite
1.4.3 Expression de la force contre électromotrice
1.4.4 Expression des couples
1.5 Bilan des puissances
1.6 Caractéristique des moteurs
1.6.1 Caractéristique de fonctionnement
. a. Caractéristique de vitesse d’un MCC à excitation parallèle
b. Caractéristique de couple T = f(I)
c. Caractéristique mécanique T = f(I)
1.6.2 Caractéristique de démarrage
1.6.3 Caractéristique de réglage de la fréquence de rotation
1.6.4 Inversion du sens de marche et freinage d’un MCC
1.7 Caractéristique d’un MCC à excitation parallèle selon le cahier de charge
. CHAPITRE 2 : DIMENSIONNEMENT ET REALISATION
2.1 Montage à commutation parallèle double
2.1.1 Schéma du principe
2.1.2 Étude du fonctionnement
2.1.3 Étude des tensions
a. Chute de tension en charge
.b. Tension maximale
c. Tension efficace
.d. Tension inverse
2.1.4 Étude des courants
. a. courant dans les diodes
b. courant moyen dans les diodes
c. Courant efficace secondaire
. d. Courant efficace primaire
2.1.5 Choix des diodes
2.1.6 Courant et facteur de puissance au secondaire du transformateur
2.2 Montage à commutation série
2.2.1 Schéma du principe
2.2.2 Étude du fonctionnement
2.2.3 Étude des tensions
.a. Chute de tension
b. Tension maximale
c. Tension efficace
d. Rapport de transformation
e. Tension inverse
2.2.4 Étude des courants
a. Courant redressé nominal
b. Courant moyen dans les diodes
c. Courant efficace secondaire
d. Courant efficace primaire
e. Courant et facteur de puissance au secondaire
2.2.5 Choix des diodes
2.3 Calcul du transformateur
2.3.1 Puissance apparente du transformateur
2.3.2 Section du noyau magnétique
2.3.3 Nombre de spires par volt
2.3.4 Nombre de spires par phase au primaire
2.3.5 Nombre de spires par phase au secondaire
2.3.6 Calcul de la section du fil
a. Section dans le secondaire S3
.b. Section dans le secondaire PD3
c. Section dans le primaire
2.3.7 Qualité des tôles du circuit magnétique
a. Avantages
. b. Les caractéristiques de tôles utilisées dans le calcul
. c. Calcul du circuit magnétique
2.3.8 Calcul des pertes dans le fer
. a. Pertes par Hystérésis
.b. Pertes par courant de Foucaul
c. Pertes totales
2.3.9 Montage des tôles
a. Manière de découper les tôles
b. Section des colonnes
.c. Assemblage colonne cuirasse
c. Disposition des bobinages
2.4 Répartition des spires sur les noyaux
2.4.1 Division des spires au primaire
2.4.2 Division des spires au secondaire
2.4.3 Variation de la résistance des fils de cuivre avec la température
a. Calcul de la résistance par phase à 75°C au primaire
. b. Calcul de la résistance par phase à 75°C au secondaire S3
. c. Calcul de la résistance par phase à 75°C au secondaire PD3
2.5 Chute de tension en fonctionnement normal
2.5.1 Réactance des fuites par phase dans le montage
2.5.2 Chute de tension due aux réactances
2.5.3 Chute de tension due aux résistances
2.5.4 Chute due aux diodes
2.5.5 Rendement du transformateur pour le montage S3
2.5.6 Réactance des fuites par phase dans le montage PD3
2.5.7 Chute de tension due aux réactances
2.5.8 Chute de tension due aux résistances
2.5.9 Chute due aux diodes
2.5.10 Rendement du transformateur pour le montage PD3
2.6 Fonctionnement en court-circuit
2.6.1 Cas du redresseur S3
.a. Courant efficace secondaire
b. Courant efficace primaire
c. Courant de court-circuit moyen
.d. Courant moyen de court-circuit
2.6.2 Cas du redresseur PD3
.a. Courant efficace secondaire
b. Courant efficace primaire
c. Courant de court-circuit moyen
d. Courant moyen de court-circuit
.e. Caractéristique du transformateur d’alimentation
2.7 Mise en série d’un redresseur type série S3 et d’un type parallèle double PD3
2.7.1 Fonctionnement
a. Condition de fonctionnement
b. Étude des tensions
c .Interprétation des courbes
d. Etude des courants
2.7.2 Comparaison des deux redresseurs à diode entre le type série et le type parallèle double
2.7.3 Avantage de la mise en série
2.7.4 Raison du travail et choix des redresseurs
CHAPITRE 3 COMMANDE DE PUISSANCE A L’AIDE D’UN CONTACTEUR
3.1 Introduction
3.2 Définition
3.3 Constitution d’un contacteur
3.4 Principe de fonctionnement
3.5 Schéma de base d’un démarrage de moteur à courant continu
3.6 Fonctionnement du circuit de puissance
3.7 Fonctionnement du circuit de commande
3.8 Choix d’un contacteur
3.9 Caractéristique des contacteurs KM1, KM2 et KM3
CHAPITRE 4. DEVIS DE LA REALISATION
CHAPITRE 5 . IMPACT ENVIRONNEMENTAL
4.1 Source des impacts
4.2 Impact négatif
a. Valeurs de la résistance du corps humain
b. Tension de contact
c. Les effets du contact électrique sur le corps humain
d. Effet de l’utilisation d’un convertisseur statique
4.3 Mesure d’atténuation
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
WEBOGRAPHIE
ANNEXES
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