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La machine à courant continu - MACHINE A COURANT CONTINU

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									Cours terminale génie mécanique


                                MACHINE         A COURANT CONTINU

I.           Introduction
 Les modes d’utilisation :
machine outils, levage pour faible vitesse
traction , démarreur de voiture forte puissance
ce moteur tend à disparaître en raison de l’entretien chères et de son coût mais reste très
utilisé en faible puissance ( >400 W) pour son fort couple de démarrage et vitesse variable facile

II.          Constitution
       1) Structure Voir polycopie
    2) Détail
Inducteur : magnétise la machine par un champ magnétique ( permet ou excitation), il est bobine
pour crée le champ magnétique.
Induit : c’est le rotor, il subit les effets de l’inducteur. Il est fait de tôle empile , il ya des
encoche qui permette l’alimentation de la machine. Le courant circule dans ces encoches.
Stator : carcasse de la machine en acier doux massif.
3 types d’excitation :
    Aimant permanent
    Indépendante
    Série (dire que l’on ne va pas voir cette partie)
2 alimentations nécessaires : pour l’induit et pour l’inducteur


       3) Vocabulaire
       I et U : tension et courant induit
       Iexc et Uexc : courant et tension d’inducteur ou d ‘excitation

       n : fréquence de rotation en tr/min

       Ω : vitesse angulaire en rad/s (rappel de la conversion Ω = n*2pi/60 )
       Tem : moment du couple electromagnetique sur le rotor

       Tu : moment du couple utile (dispo sur l’arbre de transmission)

III.         Principe de fonctionnement :
       1) Réversibilité
                                          Tu
                                        couple
                                        moteur
                                                                                             ¨Pelec
                      MOTEUR                                             GENERATRICE
     Pelec
                                             Pmeca=      Pmeca
                                            vitesse.T


   2) Principe
Tout repose sur la force de LAPLACE (refaire rapidement l’exp du rail )
Expliquer d’abord au tableau pour un conducteur puis donner le poly MMC Laplace qu’il complète.
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IV.       Etude du moteur à excitation indépendante.
      1) Notion de flux
Tout champ magnétique à travers une surface crée un flux magnétique (analogie avec le débit
d’eau dans un fleuve) On a flux = B . S
Or le champ B dépend du courant donc le flux dépend du courant.
Dans le cas de la machine à courant continu, le champ dépend du courant inducteur, donc le flux
dépend du courant d’excitation Iexc.

    2) Création d’une Fem :
Montrer expérience du cadre tournant et faire l’analogie. Création d’une fem induite
L’aimant est le stator et le cadre représente le rotor , on retrouve le même phénomène dans le
moteur
                                                                     Iexc
      3) Schéma équivalent
La F.e.m est crée par le phénomène d’induction                                                R
R : résistance bobinage d’induit                                         r                I
L : inductance inducteur.
r : résistance d’inducteur.                                 Uexc                                       U
Remarque : si l’inducteur est un aimant permanent                                  E
on ne le représente pas.
                                                                               l


V.        Les lois du MCC :
                                                                   inducteur                  induit
      1) Expression de la tension U
Refaire le schéma induit et en écrivant la loi des mailles retrouvé :
U = E + RI
      2) Expression de la Fem induite E
De quoi dépend E ? D’après ce qui a été dit avant retrouver :
E=kΦΩ
K : constante qui dépend des caractéristique techn du moteur

    3) Expression de couple électromagnétique Tem
Même démarche sachant que Tem dépend de la force de Laplace F
F = BLI donc Tem dépend de B donc du flux et de I
Tem = k Φ I
K : même constante que précédemment
I courant d’induit.

      4) Remarque
Si le flux est constant alors k Φ = constante = K, on peut alors écrire :
                                       E = K Ω
Et                                     Tem = KI

      5) Expression de la puissance électromagnétique Pem
      D’après les relations    P=T.Ω

                               Tem = k Φ I             et               E=kΦΩ

      On en déduit que Pem = Tem . Ω

      Donc Pem = E . I
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VI.        Bilan de puissance :
      1) Les différentes pertes :
      -    les pertes Fer( ou magnétiques) :PF
                   causes : hystérésis et courant de Foucault
                   parades : matériau à cycle étroit( fer au silicium) et feuilletage.
      -    Les pertes joules : PJ
                   Causes : résistance induit et inducteur
      -    Les pertes mécaniques : Pm
                   Causes : Frottements
                   Parades : lubrifiants, roulement à billes.

      En général, on associe les pertes fer et mécanique en pertes constantes, on écrit :
      PF + Pm = PC

      2) Bilan


                                               Pem = E..I                          Pu = Tu. vitesse
             Pa = U.I                         Tem.vitesse
              induit



                                                                           Pm
          Pae = Ue.Ie
           inducteur                                    Pfer
                                       Pj = RI²
                                        induit
                                                                     Pc = Pm + Pfer
                              Pj
                           inducteur

relation :
Pinduit = Pj + Pc + Pu
Pem = Pu + Pc ou Tem = Tu + Tc

      3) Rendement
On écrit le rendement :
η = Pu / (Pinduit + Pinducteur) si aimant permanent η = Pu / Pinduit

VII.       Point de fonctionnement :
    1) Qui impose quoi ?
Si on impose Tu, alors Tem est fixe or Tem = k Φ I donc I est fixé car k Φ est fixe et constant.
E = U – RI = k Φ Ω donc U commande la vitesse ( quand u augmente , vitesse augmente)

    2) Caractéristique mécanique                                   Tem
C’est le couple en fonction de la vitesse.
    Il ne varie pas en fonction de la vitesse.

      3) Caractéristique de charge
Feuille poly

                                                                                         vitesse
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   4) Point de fonctionnement

VIII.   Les problèmes du moteur
   1) Le démarrage




                                                                                              R
   240 V
                                     M
                                                            240 V
                                                                                     E= 0



Au démarrage, E = k Φ Ω = 0 donc U = RI = 240 V soit I = 240 A si R = 1, c’est impossible
Solution :
    - rhéostat de démarrage
    - augmentation progressive de la tension U jusqu’à la
                                                                                              R
        valeur nominale ( industrielle, utilisation du pont
        mixte ou du hacheur en faible puissance)                   U
                                                                                       E= 0
   2) emballement
   si Iexc diminue

   U = E + RI

   U = k Φ Ω + RI

   U est fixé par l’alimentation, RI est fixe par le couple Tu donc

   Φ Ω = U – RI / k = constante
   Si Iexc diminue alors Φ diminue donc il faut que Ω augmente pour que le produit reste
   constant

								
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