4. Moteurs courant continu Facult des Sciences de Ttouan Master
1 Mcatronique Actionneurs lectriques J Diouri, 2012 1. Fonction 2.
Principe 3. Constitution 4. quations 5. Modes dexcitation 6.
Caractristiques compares 7. Dmarrage, freinage, Variation de
vitesse 8. Protection 9. Etude de cas 10. Rgime dynamique et
asservissement 11. Domaines et conditions dutilisation
12.Rversibilit 2 Moteur CC puissance lectrique puissance mcanique
fournie par lalimentationlectrique en courant continu (puissance
absorbe) disponible sur larbredu moteur (puissance utile) Pertes =
puissance absorbe puissance utile Pertes Joule, Pertes fer, Pertes
mcaniques Ncessit dun convertisseur AC/DC 1.Fonction , 2. Principe,
3. Constitution, 4. quations, 5. Modes dexcitation, 6.
Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage, freinage, Variation de
vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et
conditions dutilisation. Rversibilit I U,I; U B H; ; ) ; ) , ( , )
, ( C( I U I U CLois physiques Fonctionnement nominal (conditions
optimales, normales): Tension nominale, courant nominal, courant de
dmarrage, couple au dmarrage, vitesse nominale, puissance nominale
Collecteur : deux lames servant amener le courant et maintenir le
sens du couple La spire (longueur L, rayon R) parcourue par le
courant I continu et place dans un champ magntique est soumise un
couple de forces de Laplace, qui la font tourner.1.Fonction , 2.
Principe, 3. Constitution, 4. quations, 5. Modes dexcitation, 6.
Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage, freinage, Variation de
vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et
conditions dutilisation. Rversibilit 1.Fonction , 2. Principe, 3.
Constitution, 4. quations, 5. Modes dexcitation, 6. Caractristiques
mcaniques, 7. Dmarrage, freinage, Variation de vitesse, 8.
Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions
dutilisation. Rversibilit 2 sources dalimentation-inducteur (u, i)
-induit (U, I) 2 enroulements -inducteur r-induit R 2 masses
magntiques-Inducteur -Induit Rle du collecteur Source : Les bases
du gnie lectrique, Guy Chateigner , Dunod, 2007 (B change de signe)
1.Fonction , 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations, 5. Modes
dexcitation, 6. Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage, freinage,
Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10.
Domaines et conditions dutilisation. Rversibilit Vue dveloppe
(Leroy Sommer) Source : lectricit au service des machines, HEIG-VD
1.Fonction , 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations, 5. Modes
dexcitation, 6. Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage, freinage,
Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10.
Domaines et conditions dutilisation. Rversibilit Couple uuLe
collecteur redresse la forme sinusodale du couple. Mme forme que
pour la fcm induiteOn admet ici que la composante radiale moyenne
du champ est une fonction sinusodale de la position :) sin(max u =
p B Br rp est le nombre de paires de ples 2 lames du collecteur (1
spire)4 lames du collecteur (2 spires) 1.Fonction , 2. Principe, 3.
Constitution, 4. quations, 5. Modes dexcitation, 6. Caractristiques
mcaniques, 7. Dmarrage, freinage, Variation de vitesse, 8.
Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions
dutilisation. Rversibilit rB C Couple :C = K I Do : C O = E I Dans
lintervalle de temps dt, un conducteur actif balaye le fluxd =
B.l.R.du La fm. induite est donc e = B.l.R.O,Bla composante radiale
de linduction O=N.2t/60 fm induite E = K O Vitesse Flux par ple Si
flux constant : K = K E = K O C = K I Nombre de conducteurs et type
denroulement Conservation de la puissance 1.Fonction , 2. Principe,
3. Constitution, 4. quations, 5. Modes dexcitation, 6.
Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage, freinage, Variation de
vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et
conditions dutilisation. Rversibilit min) / ( ) (60tr n WbZapE =p :
nombre de paires de ples, Z : nombre total de conducteurs actifs,
2a :nombre de voies denroulements. En gnral p=a (imbriqu) L R E U I
) ( ) ( t edtdiL Ri t u + + =quation lectrique 1. Fonction , 2.
Principe, 3. Constitution, 4. quations, 5. Modes dexcitation, 6.
Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage, freinage, Variation de
vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et
conditions dutilisation. Rversibilit quation mcanique dtdJ C Cr mO=
En rgime permanent,r mC C Cste Cste i = = = ,RE UI=ch dI E I ) 50
20 ( ) 0 ( ~ =Consquences : Au dmarrage Id norme (N=0,E=0), fort
couple au dmarrage, N et E augmentent, I diminue, rgime permanant.
A condition dassurer U>E et couple suffisant pour vaincre les
frottements O0 ON O0TS Exemple de fiche signaltique MCC L R E U O I
Tr, Op O T I I0 IN Tp J Type de MoteurMK72 320MK72 360 Tension
nominale5,5 V7,5 V Vitesse vide3000 tr/mn3200 tr/mn Vitesse en
charge nom.2400 tr/mn2400 tr/mn Couple de dmarrage min.4,1 mNm4,4
mNm Couple minimal1 mNm1,3 mNm Courant vide maximal34 mA27 mA
Courant en charge71 100 mA69 98mA Tension induite (fem/tr/mn)
(mV/tr/mn) 1,53 1,981,91 2,45 Rsistance du rotor 16O 25,6O
Inductance du rotor16 mH27 mH Moment dinertie9 gcm 2 9 gcm 2
Constante de temps mcanique 34 ms34 ms Force radiale max.2,5 N2,5 N
Tension maximale8 V14 V Couple maximale2 mNm2 mNm Courant
maximal150 mA120 mA Vitesse maximale4200 tr/mn4200 tr/mn 1.Fonction
, 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations, 5. Modes dexcitation,
6. Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage, freinage, Variation de
vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et
conditions dutilisation. Rversibilit Dfinitions des paramtres
1.Fonction , 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations, 5. Modes
dexcitation, 6. Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage, freinage,
Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10.
Domaines et conditions dutilisation. Rversibilit Excitation spare,
indpendante Excitation shunt Excitation srie Excitation spare
Tension dalimentation F.c..m. induite u est impos par linducteur
seul Vitesse : Couple EM : RI E U + =O =K EKRI U= RK UK I K =
CemagO =rotorR R=1.Fonction , 2. Principe, 3. Constitution, 4.
quations, 5. Modes dexcitation, 6. Caractristiques mcaniques, 7.
Dmarrage, freinage, Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime
dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation. Rversibilit
Rglage de la vitesse KRI U=OU O I 1.Par action sur la tension
dinduit : rhostat en srie sur linduit (coteux, pertes Joule) ou par
une gnratrice excitation variable. 2.Par action sur linducteur
(variation du flux):rhostat dexcitation en srie. Protection
lectronique contre lannulation du courant dexcitation (emballement,
destruction)O C U Excitation shunt 1.Fonction , 2. Principe, 3.
Constitution, 4. quations, 5. Modes dexcitation, 6. Caractristiques
mcaniques, 7. Dmarrage, freinage, Variation de vitesse, 8.
Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions
dutilisation. Rversibilit Source : Livre dlectrotechnique, Thodore
Wildi, p402 En coordonnes rduites, ramenes aux valeurs nominales.
(T = couple) Stabilit du fonctionnement Vitesse relativement
constante mme pour des charges variables.Dmarrage du moteur shunt
Source : Livre dlectrotechnique, Thodore Wildi, p403 Utilisation du
rhostat de dmarrage plots pour limiter le courant induit au
dmarrage 4=aimant pour maintenir le circuit ferm; 3=ressort de
rappel si la tension est coupe subitement (aimant ntant plus
aliment) Inconvnient : pertes Joule, manipulation dlicate
1.Fonction , 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations, 5. Modes
dexcitation, 6. Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage, freinage,
Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10.
Domaines et conditions dutilisation. Rversibilit Excitation srie
Tension dalimentation F.c..m. induite avec(machine non sature)
Vitesse Couple lectromagntique RI E U + =O u = ) (I K EEI KRI UEo~
O2) ( I K I I K CC C emago ~ u =I I Irotor exc= =I o = uinduit
inducteurR R R + =Un moteur srie peut fonctionner en courant
alternatif. Moteur universel 1.Fonction , 2. Principe, 3.
Constitution, 4. quations, 5. Modes dexcitation, 6. Caractristiques
mcaniques, 7. Dmarrage, freinage, Variation de vitesse, 8.
Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions
dutilisation . Rversibilit Moteur srie, caractristique mcanique I K
C C CC mot pertes emagu = + =RI K RI E UE+ O = + =I o = upertesEC
motCR KUK C ||.|
\|+ O =2ooPour augmenter N,on branche une rsistance en parallle
avec linducteur (R diminue, Iexcdiminue, flux diminue)Pour diminuer
N,on branche une rsistance en srie avec linducteur et linduit (R
augmente) Dmarre rapidement et ralentit dans les ctes (C grand),
atteint des vitesses importantes en terrain plat (C faible),Utilis
en traction, levage (dplacement rapide des charges lgres et lent
pour les charges lourdes) 1.Fonction , 2. Principe, 3.
Constitution, 4. quations, 5. Modes dexcitation, 6. Caractristiques
mcaniques, 7. Dmarrage, freinage, Variation de vitesse, 8.
Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions
dutilisation . Rversibilit Caractristiques compares 1.Fonction , 2.
Principe, 3. Constitution, 4. quations, 5. Modes dexcitation, 6.
Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage, freinage, Variation de
vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et
conditions dutilisation. . Rversibilit Moteur excitation compose
longue drivation flux additifs : couples leves de courte dure
(poinonneuse, tau, cisaille) Exercice Moteur srie.Lorsque
linterrupteur est ouvert, le moteur consomme 40A et tourne 800
tr/min. On ferme linterrupteur et on double le couple. Calculer le
courant dexcitation If, le courant total absorb et la
vitesse.Rs=0.15 O Rh=0.1 O V=250 V Ra=0.2 O Charge If I Solution RI
EU ;k'I E I kI Cf f+ = = =; 136 800 et V ) E( I If= =' k'I E' I..I
C I kI Cf f f= = = = avec25 01 0et2 'quations de fonctionnement K
ouvert :K ferm :do : 8 . 226 'avec' 'V I R U EIIEEeqf= =OO=Ce qui
donne N=844 tr/minA I 4 . 89 = Freinage Freinage dynamique : A la
rupture du courant, linduit, continuant tourner dans le champ de
linducteur, se comporte somme une gnratrice. En le faisant dbiter
dans une rsistance R, le courant produit un couple de sens inverse
et lnergie cintique emmagasine se dissipe par effet Joule dans R.
Pratiquement, R choisi pour avoir Cf=2Cn 1.Fonction , 2. Principe,
3. Constitution, 4. quations, 5. Modes dexcitation, 6.
Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage, freinage, Variation de
vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et
conditions dutilisation . Rversibilit On inverse brutalement les
bornes de la source. AlorsI est 50 fois suprieur In, dangereux mme
pour les protections.On le limite par R. Dans ce cas, il faut
ouvrir immdiatement linterrupteur sinon le moteur tourne danslautre
sens , car mme pour E=0, il reste le courant REIs=200RE
EIs+=Freinage par inversion 1.Fonction , 2. Principe, 3.
Constitution, 4. quations, 5. Modes dexcitation, 6. Caractristiques
mcaniques, 7. Dmarrage, freinage, Variation de vitesse, 8.
Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions
dutilisation . Rversibilit Freinages compars Constante de temps de
freinage (N diminue de moiti) 1210132PJNT =T0 en s, J moment
dinertie (Kg.m2), N1 vitesse au freinage (tr/min), P1 puissance de
freinage initiale dveloppe par linduit (EI) (en W)1.Fonction , 2.
Principe, 3. Constitution, 4. quations, 5. Modes dexcitation, 6.
Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage, freinage, Variation de
vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et
conditions dutilisation. Rversibilit 1.Fonction , 2. Principe, 3.
Constitution, 4. quations, 5. Modes dexcitation, 6. Caractristiques
mcaniques, 7. Dmarrage, freinage, Variation de vitesse, 8.
Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions
dutilisation. Rversibilit i KRI Ui KRI Uki I i K ; C i K E RI E U
~== = = + =) ((i) ;) ( ) (;Pour faire varier la vitesse : -Agir sur
I (varier le couple)-Agir sur la tension dalimentation de linduit,
I constant (couple constant) -Agir sur le courant dexcitation de
linducteur Contraintes :Ne pas dpasser les valeurs nominales
(puissance, couple) Ne pas atteindre la saturation du circuit
magntique Commande de la vitesse Pour p donn, les valeurs possibles
de I et O sont dans la zone grise hachure.Exemple : Pour diviser la
vitesse par 2, le point de fonctionnement doit passer de A B, la
valeur au potentiomtre est alors R (0
