Etude du moteur à courant continu

La machine à courant continu est essentiellement constituée de trois parties principales :

➤ L’inducteur
L’inducteur (parfois appelé «circuit de champ») produit le flux magnétique dans la machine. Il est constitué d’un électro-aimant qui engendre la force magnétomotrice(FMM) nécessaire à la production du flux. Dans les machines bipolaires (à deux pôles), deux bobines excitatrices sont portées par deux pièces polaires montées à l’intérieur d’une culasse. La culasse est généralement en fonte d’acier, tandis que les pièces polaires sont formées de tôles d’acier doux.

Les bobines excitatrices sont alimentées en courant continu, et le courant qui les traverse porte le nom de courant d’excitation. Elles sont composées de plusieurs centaines de spires et portent un courant relativement faible. Les bobines sont bien isolées des pièces polaires afin de réduire les risques de court-circuit à la terre. Dans certaines génératrices spéciales, les bobines et pièces polaires sont remplacées par des aimants permanents.

➤ L’induit
L’induit est composé d’un ensemble de bobines identiques réparties uniformément autour d’un noyau cylindrique. Il est monté sur un arbre et tourne entre les pôles de l’inducteur. L’induit constitue donc un ensemble de conducteurs qui coupent le flux magnétique. Les bobines sont source de flux provenant d’un pôle nord et d’un pôle sud de l’inducteur. Le noyau est formé d’un assemblage de tôles en fer doux. Ces tôles sont isolées les unes des autres et portent des encoches destinées à recevoir les bobines.

Les conducteurs de l’induit sont parcourus par le courant débité par la machine. Ils sont isolés du noyau par des couches de papier ou d’autres feuilles isolantes. Pour résister aux forces centrifuges, ils sont maintenus solidement en place dans les encoches au moyen de cales en fibre. Si le courant est plutôt faible, on emploie des conducteurs ronds, mais s’il dépasse une cinquantaine d’ampères, on se sert de conducteurs rectangulaires qui permettent une meilleure utilisation du volume de l’encoche. Disposées de telle façon que leurs deux côtés coupent respectivement le flux engendré par les pôles.

➤ Le collecteur
Est un ensemble cylindrique de lames de cuivre isolées les unes des autres par des feuilles de mica. Le collecteur est monté sur l’arbre de la machine, mais isolé de celui ci. La constriction du collecteur demande un soin considérable, car il arrivait qu’une des lames dépasse les autres d’une fraction de millimètre seulement, des étincelles seraient produites par le rebondissement des balais quand la machine serait en charge. De telles étincelles rongeraient et détérioreraient les balais, tout en surchauffant et en carbonisant le collecteur. Sur le collecteur frottent des balais qui sont fixes par rapport au stator.

Le collecteur et balais constituent un redresseur mécanique dont le rôle et de relier électriquement les balais aux points de l’induit entre lesquels la force électromotrice est la plus grande.

Principe de fonctionnement

Lorsque le bobinage d’un inducteur du moteur est alimenté par un courant continu, sur le même principe qu’un moteur à aimant permanant, il crée un champ magnétique (flux d’excitation) de direction Nord-Sud. Une spire capable de tourner sur un axe de rotation est placée dans le champ magnétique.

De plus, les deux conducteurs formant la spire sont chacun raccordé électriquement à un demi collecteur et alimenté en courant continu via deux balais frotteurs. D’après la loi de LAPLACE df= IdL.B (tout conducteur parcouru par un courant et placés dans un champ magnétique est soumis à une force), les conducteurs de l’induit placés de part et d’autre de l’axe des balais (lignes neutres) sont soumis à des forces F égales mais de sens opposé en créant un couple moteur ; l’induit se met à tourner.

La réaction magnétique d’induit 

Lorsque l’induit d’un moteur à courant continu est alimenté, le courant I, qui y circule créer un flux magnétique dans l’entrefer de la machine, les linges de champ constituant ce flux traversent les pièces polaires de l’inducteur perpendiculairement à leurs axes. On dit que cette réaction d’induit est transversale. Ce flux d’induit, en saturant une partie des pièces polaires, diminue un peu le flux inducteur.

En plus, cette réaction d’induit, en créant le flux dans les zones où se trouvent les cotes des sections en commutation, rend plus difficile celle-ci. Pour éviter ces inconvénients, on munit les moteurs à courant continu, d’enroulements supplémentaires pour compenser la réaction magnétique d’induit ; qu’on appelle enroulement de compensation. Cet enroulement est logé dans des encoches pratiquées dans les pièces polaires des pôles principaux. Leur bobinage est parcouru par le même courant que l’induit et crée une FEM égale et opposée à celle créée par l’induit face aux pièces polaires.

Table des matières

Introduction générale
Chapitre I : Etude du moteur à courant continu
Introduction
I.1.Constitution
I.2.Principe de fonctionnement
I.3. Equations du moteur à courant continu
I.4. La réaction magnétique d’induit
I.5. Commutation
I.6. Les caractéristiques et les différents types d’excitation de moteurs à courant continu
I.6.1. Moteur à excitation série
I.6.2. Moteur à excitation shunt
I.6.3. Moteur à excitation indépendante
I.6.4. Moteur à excitation constante
I.6.5. Moteur à excitation compound ou composée
I.7. Régulation de vitesse de moteur à courant continu
I.7.1. Procédés de variation de la vitesse pour les moteurs à courant continu
I.7.2. Les différentes boucles de la régulation de vitesse d’une machine à courant continu
I.7.2.1. Schéma de principe de système de régulation de vitesse du moteur à courant continue
I.8. Modes de démarrage
I.8.1. Démarrage directe
I.8.2. Démarrage avec rhéostat
I.9. Modes de freinage
Chapitre II Autopilotage du moteur synchrone
II.1. Généralités sur le moteur synchrone
II.1.1. Présentation de la machine synchrone
II.1.2. Principe de fonctionnement
II.2. L’autopilotage du moteur synchrone
II.2.1. L’idée de l’autopilotage
II.2.2. Principe de l’autopilotage
II.2.3. Réalisation pratique
II.3.2.a. Autopilotage par commutateur de courant
Conclusion
II.3.2.b. Autopilotage par onduleur de tension
Conclusion
Chapitre III: Etude comparative
III.1. Comparaison des structures
III.2 .Comparaison des performances
III.3.Aspect économique et domaine d’utilisassions
Conclusion générale 

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