btsmai_cours1(macc).odt ­ Marie Pierrot – Lycée du Rempart ­ 09/09/10

Ch. 1 : MOTEUR A COURANT CONTINU

1.  IntroductionUne machine à courant continu peut fonctionner en moteur ou en générateur: c'est un convertisseur électromécanique. Cette machine est totalement réversible, mais elle fonctionne plus généralement en moteur.

          1.1.  Symbole de la machine lorsqu'elle fonctionne en moteur :

          1.2.  Applications des moteurs à courant continuL'avantage principal des machines à courant continu réside dans leur adaptation simple aux moyens permettant de régler ou de faire varier leur vitesse, leur couple et leur sens de rotation : les variateurs de vitesse. Il y a aussi le fait de pouvoir les raccorder directement aux sources d’énergie continues (batteries d'accumulateur, piles, ...). Le moteur à courant continu s’utilise beaucoup dans l’industrie (pompe, laminoir, grue), la robotique et la domotique, les jouets, la traction, la motorisation de véhicules ferroviaires (TGV Paris­Sud et métro de Marseille), l’automobile et l’électroménager. Il est en général associés à un dispositif de variation de vitesse. Ils équipent les disques durs, les graveurs de DVD et les ventilateurs assurant le refroidissement des micro­ordinateurs. Dans le domaine des transports, ils équipent les véhicules hybrides comme la Toyota Prius et la Honda Civic IMA, les vélos à assistance électrique et certains scooters présents sur le marché.

2.  Constitution et Principe de fonctionnement

         2.1.  Constitution.

La machine comporte deux partie principales:­ LE STATOR: C'est une partie fixe constituée par un électroaimant.Il a le rôle d'inducteur­ LE ROTOR: C'est une partie mobile (qui tourne) qui a le rôle d'induit

          2.2.  Principe de fonctionnementhttp://www.youtube.com/watch?v=zOdboRYf1hM&NR=1Le montrer en vrai puis en film si ça ne marche pas : Youtube_­_motorbasic

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MoteurEnergie

électriquefournie

Energiemécanique

utile

Pertes d'énergie

GénérateurEnergie

électriqueutile

Energiemécanique

fournie

Pertes d'énergie

M Mou

Inducteur (stator) Inducteur (stator)Induit (rotor)

Induit (rotor)

Moteurs à courant continu actuels

Machine Gramme (première machine à courant continu)

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Ce que l’on impose :­ Le champ magnétique 

­ Un courant « i » dans les conducteurs 

­ Une tension U entre les balais.

Ce qui apparaît :­ Des forces de Laplace  et 

http://www.walter­fendt.de/ph14f/lorentzforce_f.htmhttp://www.walter­fendt.de/ph14f/electricmotor_f.htm

                    2.2.1.  Force électromotrice

Lorsque le rotor est en mouvement, les spires de son bobinage sont le siège d'un courant induit (conducteur en mouvement dans un champ magnétique => apparition d'une force électromotrice à ses bornes) et donc d'une force électromotrice auto­induite E d'autant plus importante que la vitesse de rotation du moteur (  en rad.sΩ ­1) est grande et que le champ magnétique B est dense. Si on appelle   le flux magnétique sous un pôle (en Weber), on peut écrire :Φ

     Ou E s'exprime en Volt et K est une constante qui dépend de la forme et de la constitution de la machine.     Si le flux sous un pôle est constant alors on peut écrire : 

où k est une nouvelle constante qui dépend de la machine.

http://sciences­physiques.ac­dijon.fr/archives/documents/Flash/moteur_continu/moteur.htm

                    2.2.2.  Modèle électrique équivalent d'un moteur

   On peut écrire la loi d'Ohm généralisée :

                    2.2.3.  Moment du couple

On appelle "T" le moment du couple électromagnétique (moment résultant des couples de force agissant sur l'ensemble des conducteurs de l'induit)

Si le flux sous un pôle est constant alors on peut écrire :où: ­ T s'exprime en Newton.mètre (N.m)      ­   en Wébers (Wb)Φ      ­ I en Ampère (A)

                    2.2.4.  Bilan énergétique, rendement.

Rendement : η=PU

PA

=EI−pC

UIui

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F1 F2

B

N S

nSpire + collecteurs mobiles (en rotation)

Balais fixes

Plan neutre

i

i

U

Axe de rotation

F1F2

Bi

F

B

Force de Laplace

E = K. .Φ Ω

est équivalent à :

E

R

U

IM

U

I

U = E + RI

T = K. .I Φ

Pertes par effet Joule dans le Stator :

 pJS = ri² Pertes par effet Joule dans le Rotor :

 PJR = R.I²

Pertes collectives(mécaniques et 

Magnétiques): pC

Puissance utile (mécanique):

PU

Puissance absorbée par l'induit :

 P = U.I

Puissance absorbée par le circuit inducteur :

 p = u.i

Puissance absorbée :

 PA = P + p

Puissance électromagnétique :

 PEM = E.I = T.Ω

E = k.Ω

T = k.I