51781861 2 Actionneurs Electriques Moteurs CC

8/3/2019 51781861 2 Actionneurs Electriques Moteurs CC

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2. Moteurs courantcontinu

Facult des Sciences de Ttouan

Master 1 Mcatronique

Actionneurs lectriques

J Diouri, 2011

1. Fonction

2. Principe

3. Constitution

4. quations5. Modes dexcitation

6. Caractristiques mcaniques

7. Dmarrage, freinage, Variation devitesse

8. Protection

9. Rgime dynamique

10.Domaines et conditionsdutilisation

11. Rversibilit


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2

Moteur CC

puissance lectriquepuissance 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 , 2.2.Principe, 3. Constitution, 4. quations, 5. Modes dexcitation, 6. Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage,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. Rversibilitfreinage, Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation. Rversibilit

IU, I ; UBH ;; );),(,),( C(IUIUC

Lois physiques

Fonctionnementnominal (conditions optimales, normales) : Tension nominale,

courant nominal, courant de dmarrage, couple au dmarrage, vitesse nominale,puissance nominale


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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 ,Fonction , 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations, 5. Modes dexcitation, 6. Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage,, 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. Rversibilitfreinage, Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation. Rversibilit


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1.FonctionFonction, 2. Principe,, 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations, 5. Modes dexcitation, 6. Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage,, 4. quations, 5. Modes dexcitation, 6. Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage,freinage, Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation. Rversibilitfreinage, Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation. Rversibilit

2 sourcesdalimentation-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


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Vue dveloppe

(Leroy Sommer)


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Source : lectricit au service des machines, HEIG-VD



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Couple

Le collecteur redresse la forme sinusodale du couple. Mme formeque pour la fcm induite

On admet ici que la composante radiale moyenne du champ est unefonction sinusodale de la position :

)sin(

max

=

pBB rr p est le nombre de paires de ples

2 lames du collecteur (1 spire) 4 lames du collecteur (2 spires)

1.FonctionFonction, 2. Principe, 3. Constitution,, 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations, 5. Modes dexcitation, 6. Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage,, 5. Modes dexcitation, 6. Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage,freinage, Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation. Rversibilitfreinage, Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation. Rversibilit

rBC


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Couple :Couple : C = K I Do : C = E I

Dans lintervalle de temps dt, un conducteur actif balaye le flux d =B.l.R.dLa fm. induite est donc e = B.l.R., la composante radiale de linduction

=N.2/60

fm induitefm induite

E = K Vitesse

Flux par ple

Si flux constant :K = KE = K C = K I

Nombre deconducteurs et typedenroulement

Conservation de la puissance


min)/()(60

trnWbZ

a

pE =

p : nombre de paires de ples, Z : nombre total

de conducteurs actifs, 2a : nombre de voiesdenroulements. En gnral p=a (imbriqu)


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0N

0 TS

Exemple de fiche signaltique MCC

L REU

I

Tr,

p

T

I

I0 IN

TpJ

Type de Moteur MK72 320 MK72 360

Tension nominale 5,5 V 7,5 V

Vitesse vide 3000 tr/mn 3200 tr/mnVitesse en charge nom. 2400 tr/mn 2400 tr/mnCouple de dmarrage min. 4,1 mNm 4,4 mNmCouple minimal 1 mNm 1,3 mNmCourant vide maximal 34 mA 27 mACourant en charge 71 100 mA 69 98 mATension induite (fem/tr/mn)(mV/tr/mn)

1,53 1,98 1,91 2,45

Rsistance du rotor 16 25,6Inductance du rotor 16 mH 27 mHMoment dinertie 9 gcm2 9 gcm2

Constante de tempsmcanique 34 ms 34 ms

Force radiale max. 2,5 N 2,5 NTension maximale 8 V 14 V

Couple maximale 2 mNm 2 mNm

Courant maximal 150 mA 120 mA

Vitesse maximale 4200 tr/mn 4200 tr/mn


Dfinitions des

paramtres


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1.FonctionFonction, 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations,, 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations, 5. Modes dexcitation, 6. Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage,, 6. Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage,freinage, Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation. Rversibilitfreinage, Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation. Rversibilit

Excitation spare, indpendante

Excitation shunt Excitation srie


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Excitation spareTension dalimentation

F.c..m. induite

est impos par linducteur seul

Vitesse : Couple EM :

RIEU +=

= KE

K

RIU=

R

KUKIK=Cemag

=

rotorRR =

1.FonctionFonction, 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations,, 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations, 5. Modes dexcitation,, 6. Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage,, 7. Dmarrage,freinage, Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation. Rversibilitfreinage, Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation. Rversibilit

Rglage de la vitesse

=

K

RIU

U

I1.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)

C

U


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Excitation shunt

1.FonctionFonction, 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations,, 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations, 5. Modes dexcitation,, 6. Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage,, 7. Dmarrage,freinage, Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation. Rversibilitfreinage, 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 valeursnominales. (T = couple)

PourI>2 pu, le flux

diminue cause de laraction dinduit, et lecouple devient presqueconstant.

Stabilit du fonctionnementVitesse relativement

constante mme pour des

charges variables.


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Exercice

Moteur srie.Lorsque linterrupteur est ouvert, le moteur consomme 40Aet 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

Rh=0.1

V=250 V

Ra=0.2

Charge

If

I


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Solution

RIEU ;k'IEIkIC ff +=== ;

136800et V)E(II f ==

'k'IE'CI.

.IIkIC fff ==== et2250

10et'

quations de fonctionnement

K ouvert :

K ferm :

do :

8.226'avec

''

VIRUEI

I

E

Eeq

f

==

=

Ce qui donneN=844 tr/min

1 F tiF ti 2 P i i 3 C tit ti 4 ti 5 M d d it ti 6 C t i ti i2 P i i 3 C tit ti 4 ti 5 M d d it ti 6 C t i ti i 7 D


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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 : pertesJoule, manipulationdlicate

1.FonctionFonction, 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations, 5. Modes dexcitation, 6. Caractristiques mcaniques,, 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. Rversibilitfreinage, Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation. Rversibilit


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1 FonctionFonction 2 Principe 3 Constitution 4 quations2 Principe 3 Constitution 4 quations 5 Modes dexcitation 6 Caractristiques mcaniques 7 Dmarrage7 Dmarrage


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Excitation srie

Tension dalimentation

F.c..m. induiteavec (machine non sature)

Vitesse

Couple lectromagntique

RIEU +=

= )(IKE E

IKRIU

E

2)( IKIIKC CCemag =

III rotorexc ==

I=

induitinducteur RRR +=

Un moteur srie peut fonctionner en courant alternatif. Moteur universel

1.FonctionFonction, 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations,, 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations, 5. Modes dexcitation,, 6. Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage,, 7. Dmarrage,freinage, Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation . Rversibilitfreinage, Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation . Rversibilit



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Moteur srie, caractristique mcanique

IKCCC Cmotpertesemag =+= RIKRIEU E +=+=

I=pertes

E

Cmot CRK

UKC

+

=2

Pour augmenter N,

on branche une rsistance en parallle avec

linducteur (R diminue, Iexcdiminue, fluxdiminue)

Pour diminuer N,

on branche une rsistance en srie aveclinducteur et linduit (R augmente)

Dmarre rapidement et ralentit dans lesctes (C grand), atteint des vitessesimportantes en terrain plat (C faible),

Utilis en traction, levage (dplacement

rapide des charges lgres et lent pour les

charges lourdes)

1.FonctionFonction, 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations,, 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations, 5. Modes d excitation,, 6. Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage,, 7. Dmarrage,freinage, Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation . Rversibilitfreinage, Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation . Rversibilit



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Caractristiques compares

1.FonctionFonction, 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations,, 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations, 5. Modes d excitation,, 6. Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage,, 7. Dmarrage,freinage, Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation. . Rversibilitfreinage, Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation. . Rversibilit

Moteur excitation composelongue drivation flux additifs :couples leves de courte dure

(poinonneuse, tau, cisaille)

1 FonctionFonction 2 Principe 3 Constitution 4 quations 5 Modes dexcitation 6 Caractristiques mcaniques 7 Dmarrage2 Principe 3 Constitution 4 quations 5 Modes dexcitation 6 Caractristiques mcaniques 7 Dmarrage


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Freinage

Freinage dynamique :

A la rupture du courant, linduit, continuant tourner dans lechamp de linducteur, se comporte somme une gnratrice.

En le faisant dbiter dans une rsistance R, le courantproduit un couple de sens inverse et lnergie cintiqueemmagasine se dissipe par effet Joule dans R.Pratiquement, R choisi pour avoir Cf=2Cn

1.FonctionFonction, 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations, 5. Modes d excitation, 6. Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage,, 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations, 5. Modes d excitation, 6. Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage,freinage, Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation . Rversibilit, Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation . Rversibilit



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On inverse brutalement les bornes de la source. Alors

I est 50 fois suprieur In, dangereux mme pour les protections.On le limite par R. Dans ce cas, il faut ouvrir immdiatement linterrupteur sinonle moteur tourne dans lautre sens , car mme pour E=0, il reste le courant

R

EI s=2

0

0

R

EEI s

+=

Freinage par inversion

1.FonctionFonction, 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations, 5. Modes d excitation, 6. Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage,, 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations, 5. Modes d excitation, 6. Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage,freinage, Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation . Rversibilit, Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation . Rversibilit



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Freinagescompars

Constante de temps de freinage (N diminue de moiti)1

2

1

0 132P

JN

T =

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.FonctionFonction, 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations, 5. Modes d excitation, 6. Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage,, 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations, 5. Modes d excitation, 6. Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage,freinage, Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation. Rversibilit, Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation. Rversibilit

1.FonctionFonction 2 Principe 3 Constitution 4 quations 5 Modes dexcitation 6 Caractristiques mcaniques 7 Dmarrage, 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations, 5. Modes dexcitation, 6. Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage,


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1.FonctionFonction, 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations, 5. Modes d excitation, 6. Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage,, 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations, 5. Modes d excitation, 6. Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage,freinage,freinage, Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation. Rversibilit8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation. Rversibilit

Kki

RIU

iK

RIU

kiIiK ; CiKERIEU

=

===+=

)(

(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

1.FonctionFonction , 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations, 5. Modes dexcitation, 6. Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage,, 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations, 5. Modes dexcitation, 6. Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage,


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Pourp donn, les valeurs possibles deIet sont dans la zone grise hachure.Exemple : Pour diviser la vitesse par 2, le point de fonctionnement passe de A B,la valeur au potentiomtre est alorsR (0


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0;; +=+= Lmce uErIEUVVU

Fonctiono ct o , 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations, 5. Modes d excitation, 6. Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage,, c pe, 3 Co st tut o , quat o s, 5 odes d e c tat o , 6 Ca act st ques ca ques, a age,freinage,freinage, Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation. Rversibilit8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation. Rversibilit

Commande par hacheur (source constante et Evariable)PWM (Pulse Width Modulation) ou MLI (Modulation en Largeur dImpulsion)

La tension du moteur est contrl par le courantde base du transistor

;1)(0


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Le fonctionnement est possible en moteur et en gnrateur (frein)

MC

C=

U

L1

L2

L3

, p , , q , , q q , g ,, p , , q , , q q , g ,freinage,freinage, Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation. Rversibilit8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation. Rversibilit

Montage double pont

1.FonctionFonction, 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations, 5. Modes dexcitation, 6. Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage,, 2. Principe, 3. Constitution, 4. quations, 5. Modes dexcitation, 6. Caractristiques mcaniques, 7. Dmarrage,


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Les variateurs DMV 2322 et DMV 2342 sont

destins l'alimentation de moteurs courantcontinu excitation spare, partir d'unrseau alternatif TRIPHAS compris entre220 et 480 V, 10 %.Ils assurent le contrle du courant d'induitet de la vitesse ; du courant inducteur si

le variateur est quip d'une alimentationvariable pour l'excitation (optionnelpour calibre suprieur 210 A).Totalement protg contreles dysfonctionnements lis l'application,au moteur, au rseau d'alimentation, ilspeuvent afficher leurs tats permettantun diagnostic ais et rapide.

http://www.techni-contact.com/produits/72-10412107-variateur-de-vitesse-moteur-courant-continu.html#product-desc

, p , , q , , q q , g ,, p , , q , , q q , g ,freinage,freinage, Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation. Rversibilit8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation. Rversibilit



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p q q q gp q q q gfreinage,freinage, Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation. Rversibilit8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation. Rversibilit

Action sur le flux, U constant (machines inducteur bobin)

- Maintenir U=Un

- Diminuer le flux (diminuer i), donc Cdiminue, C= Puissance ~ Cste

)()(

)( ik

C

ik

RU

ikRIU

KRIU=

n

n

=

=

)(i est donne par la courbe de magntisation

Pour augmenter la vitesse,

C

)(ik

Un

RikUn )(



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p q q q gfreinage, Variation de vitesse,freinage, Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation. Rversibilit9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation. Rversibilit

Protection et maintenance

En plus des protections contre les surintensits et dfauts,

Remplacement des balais

Respecter les normes dutilisation selon le type de moteur

(indice de protection IP)

Ne jamais alimenter linduit sans courant dexcitation(risque demballement)

Protection thermique incorpore dans les variateursmodernes quips dun microprocesseur qui dtecte lexcsdchauffement et fournit un signal dalarme qui coupelalimentation



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Excitation Proprits Emplois

Shunt Vitesse constante quelleque soit la charge(autorgulateur devitesse)

Entranement demachines outils(remplac par moteurtriphas)

Srie Autorgulateur depuissance (N dcrotquand la charge

augment)Grand couple audmarrage. Risquedemballement vide

Traction lectrique

Utilis aussi en alternatif(aspirateur, perceuse

portative)PP : dmarreur desmoteurs explosion

Compos (flux additif) Meilleur couple au

dmarrage que le shunt.Ne semballe pas.

Cisailles, levage

freinage,freinage, Variation de vitesse, 8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation. Rversibilit8. Protection,9. Rgime dynamique, 10. Domaines et conditions dutilisation. Rversibilit

Indpendante Vitesse rglable par latension (hacheur).Couple important faiblevitesse

Levage

PP : Asservissement deposition, flux constant aimant permanent



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Illustration par un cas concret

tude du systme : en monte, en descente, freinage, rgime dercupration, rgime transitoire, protection en cas dincident

Rf. Exercices et problmes dlectrotechnique, pages 161-171, Luc Lasne, Dunod, 2005



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Machinelectrique

Rducteur PoulieU

I

Fonctionnement moteur

Fonctionnement rcepteur (frein, gnrateur)

Pertes Joule

(induit, inducteur)

eeem CP =

2211

2211

=

=

rrCC

vFPCC

ch

rmot

.;

=


Psource

mot 1=rd poulie

poulierdmot =

Organes de transmission

Charge

rv =



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quationskEcstU-RI ;ERIPPUIP indmotinduit ==== ;;

2En moteur, monte

pouliemclf PP )I ;R(RE =+=En gnrateur, descente (U=0)

En rcupration, descente )0( U : Inversion de polarit

Ek

E;CIE

Mgv

UIRIUE mot ====+=

'

''';;'

Rgime transitoire, monte (t)k; E(t)CsterMgCtkiC

dtdJCC mot

poulierm

motrm =====

10;)(;

k

RrMg-

k

U

e(t)tEdt

diLRiU

k

JR

m

poulie

p

t

pm

2permanent)(rgime

210

)1()(

==

=++=

Blocage, rgime transitoire

Mmes quations avec E=0 (machine larrt)

R

Le

R

Uti

dt

diLRiU e

t

e ==+=

;)1()(;

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