Chapitre 7 Differents Modes Excitation Des Machine a Courant Continu

Electrotechnique Niveau 3 2010-2011

H. BEN AMMAR 61

PLAN DE LA LEON N7

TITRE DE LA LEON : Diffrents modes d'excitation des machine courant continu OBJECTIFS : A la fin de la sance l'tudiant doit tre capable de :

Dfinir le rgime de neutre ; Reconnatre les diffrents rgimes de neutre ; Dterminer les courants de dfaut ; Etablir l'appareillage de protection adquat pour chaque rgime de

neutre. PRE-REQUIS :

Lois d'lectricit. Appareils de mesure.


H. BEN AMMAR 62

DIFFERENTS MODES D'EXCITATION DES MACHINE A COURANT CONTINU

OBJECTIF GENERAL : Identifier l'appareillage de scurit des installations et des personnes selon le rgime de neutre tabli.

OBJECTIFS SPECIFIQUES ELEMENTS DE CONTENU METHODOLOGIE

ET MOYEN EVALUATION DUREE

Dfinir le rgime de neutre.

1. Dfinition des rgimes

de neutre.

Expos

informel.

Notes de cours.

Formative. 20 mn

Reconnatre les

diffrents rgimes de

neutre.

1. Rgime TT.

2. Rgime TN.

3. Rgime IT.

Expos

informel.

Notes de cours.

Exemples.

Formative. 60 mn

Etablir un choix de

rgime de neutre

capable de remplir la

fonction assurer.

1. Comparaison entre les

diffrents rgimes de

neutre.

2. Conclusion.

Expos

informel.

Notes de cours.

Formative. 10 mn


H. BEN AMMAR 63

DIFFERENTS MODES D'EXCITATION DES MACHINE A

COURANT CONTINU

XXVIII. Excitation spare On dispose d'un moteur courant continu dont l'excitation est indpendante comme le montre

la figure suivante o l'induit et l'inducteur sont aliments sparment par deux sources de

tensions diffrentes.

Fig.7.1. Moteur excitation

spare

I.1. Caractristique vide E0( J )

La caractristique vide est dtermine pour une vitesse N constante et un courant I nul, elle

est exprime sous la forme suivante : JSlN

nNapE eav cos

Fig.7.2. Caractristique

vide d'un moteur

excitation spare

Pour un fonctionnement flux constant on aura les relations suivantes :

JSlN

nNapE eav cos

ce qui implique KEv

o

21cos

JS

lN

napK ea

Grce la relation KEv , qui dfini la proportionnalit ente la fm est la

vitesse de rotation, on peut tablir plusieurs caractristiques vide pour chaque

frquence de rotation.

r

j I

M U E0 -(I) +e b+RI V

J (A) Er

Ev

N constante 0nNa

pEv

cos0 BS

RLS

ilNB eea

2

Rc

Ev

J


H. BEN AMMAR 64

IECP chemem si vch EE alors KICIKC emem

Grce la relation KICem , qui dfini la proportionnalit ente le couple

lectromagntique est le courant de l'induit, on peut tablir plusieurs

caractristiques pour diffrents courants d'induit.

La rsistance critique est la pente de la caractristique vide l'origine, telle queJER vc

,

c'est le cas de dsamorage de la gnratrice.

I.2. Caractristique naturelle U( I )

La caractristique naturelle est dfinie par sa vitesse constante N et son courant d'excitation

constant J.

Lorsque le courant I=0 implique U=E0(J) ;

La machine dbite une tension U qui est gale U=E0-(RIa+eB+KEN )

avec : U=E0-T(I) et Ech=E0- (I) o T(I)=(I)+ RIa+eB

Fig.7.3. Caractristique

naturelle d'un

moteur excitation

spare

I.3. Caractristique de rglage J( I )

La caractristique de rglage est dtermine par une vitesse constante N et une tension de

charge constante U.

Alors pour maintenir U constante il faut augmenter E0 de la quantit (I) ;

Quand U diminue, la pente de J(I) est moins forte car E0 augmente plus vite en

fonction de J que lorsque le circuit magntique satur.

Fig.7.4. Caractristique de

rglage d'un moteur

excitation spare

La rsistance critique c'est la pente de la caractristique vide l'origine, telle queJER vc

.

T (I)

I

E0

U

(N,Un/2)

I

(N,Unominale) J


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XXIX. Excitation shunt Soit une gnratrice courant continu a excitation shunt comme le montre la figure suivante

o l'induit et l'inducteur sont aliments par la mme source de tension.

Fig.7.5. Gnratrice

excitation shunt

II.1. Phnomne d'amorage

Un entranement de la machine fait natre une f.e.m induite rmanente Er, fait son tour

circuler un petit courant J qui augmente la f.e.m d'ou l'augmentation de J jusqu' galit de

(r+Rh)J et E0.

Fig.7.6. Caractristique vide

d'une gnratrice

excitation shunt

II.2. Droite des inducteurs

A vide la gnratrice ne dbite par un courant de charge I=0 d'o les relations suivantes

E0(J)=U (1) , et (r+Rh)J =U (2).

On a alors E0(J) =(r+Rh)J et U=(r+Rh)J donnent un point de fonctionnement P qui est le

point de fonctionnement nominal de la gnratrice en charge.

La relation JUrRh est appele droite des inducteurs, c'est la droite d'amorage de la

gnratrice en courant continu.

Le dsamorage est assur par l'quivalence de la droite des inducteurs celui de la rsistance

critique.

r

j I

G U

I+J

Rh

E0(V) P

J(A)

e

Er

Jn

Rc Droite des inducteurs

Droite d'amorage Droite dsamorage


H. BEN AMMAR 66

Fig.7.7. Caractristique vide

pour diffrentes

vitesses

Pour un mme courant d'excitation J, on peut tablir proportionnalits suivantes :

Les courbes vide par l'exploitation de la relation KNE 0 , telle que ''00 N

NEE .

Le couple lectromagntique par l'exploitation de la relation KICem , tel que

''

IICC emem .

II.3. Bilan des puissances cas d'une gnratrice

Les poules joules dans l'inducteur : 2 JRrP hjr ; Les pertes joules dans induits : 2 JIRPjR ;

La puissance utile : UIPu ;

La puissance absorbe : pertesPP ua ;

Le rendement : a

u

PP

84%.

XXX. Excitation srie Soit une gnratrice courant continu a excitation srie comme le montre la figure suivante

o l'induit et l'inducteur sont aliments en srie par la mme source de tension.

Fig.7.8. Gnratrice

excitation srie

III.1. Phnomne d'amorage

Pour entraner l'amorage de la machine il faut que :

la machine soit ferme sur une charge 0 JI ;

le flux rmanent r existe ;

E0(V)

N'

J(A)

'

Er

N R'c Rc

Tg() = Rc Tg(') = R'c

r I

G U


H. BEN AMMAR 67

la rsistance de la charge soit infrieure la rsistance critique (pour provoquer

l'amorage) ;

le produit r soit positif, c'est le flux additif.

III.2. Caractristiques en charge une vitesse N constante

On a U=E0-eB-T(I)-(R+r)I, si on ngligeable eB-T(I), on aura la relation U=E0-(R+r)I

a. zone linaire

La f.e.m est de la forme E0 = k J et le courant de l'induit J=I ce qui implique E0 = k I,

d'o la tension U peut tre exprime par la relation suivante U= I avec =k-(R+r), c'est

une droite de pente positive .

b. zone sature

A la saturation de la machine la f.e.m sera constante, qu'on peut mettre U sous la forme

U=-I, avec = E0 et = R+r, c'est une droite de pente ngative.

Fig.7.9. Caractristique en

charge d'une gnratrice

excitation srie

III.3. Freinage rhostatique

Au premiers instants du freinage emdemf CC , or ffMemf IKC et

ddMemd IKC .Sachant que nf kI et dd kI , ce qui implique

2dMemdfnMemf kIKCIkIKC

n

df I

II

2

.

Aux premiers instants du freinage nf EE avec le mme flux et la mme vitesse.

nnn IrRUE et rRIE

RIRrREf

fhfhf

la pente>0

U(V)

I(A)

U = I la pente


H. BEN AMMAR 68

XXXI. Excitation compose "Compound" IV.1. Phnomne d'amorage

La gnratrice excitation compose porte dans son inducteur deux enreoulements, le premier

excitation shunt de Nj spires "beaucoup de spires et de fil fin", le second excitation srie

de Ns spires "Quelques spires et de gros fil", tel que Nj>>Ns.

IV.2. Mode de branchement

On distingue deux modes de branchement :

a. Courte drivation

L'enroulement Nj est shunt directement avec l'induit de la gnratrice fig.7.10.

Fig.7.10. Gnratrice excitation

compose de courte

drivation

a. Longue drivation

L'enroulement Nj est shunt en srie avec Ns, et tous les deux sont monts en parallle avec

l'induit de la gnratrice fig.7.11.

Fig.7.11. Gnratrice excitation

compose de longue

drivation

Concernant les deux modes de branchement, on peut raliser un compoundage additif ou un

compoundage soustractif suivant le sens d'orientation du flux de l'enroulement srie par

rapport au flux de l'enroulement inducteur.

Les A.T srie s'ajoutent aux A.T shunt, c'est le compoundage additif fig.7.12.

Les A.T srie se retranche aux A.T shunt, c'est le compoundage soustractif fig.7.13.

Rh

r

I-J

G U

Rs I

J Nj

Ns

Rh

r

I-J

G U

Rs I

J Nj

Ns


H. BEN AMMAR 69

Fig.7.12. Gnratrice excitation compose de courte drivation flux additif

"Compoundage additif"

Fig.7.13. Gnratrice excitation compose de courte drivation flux soustractif

"Compoundage soustractif"

IV.3. Rapport d'quivalence

R : le flux rsultant dans la machine, tel que : sjR cre par les ampres-tours : ATR.

INJNAT sjR avec JININ ss o 'JNAT jR

kIJNINNJNJN j

j

sjj

' avec 1

j

s

NNk puisque sj NN , et kIJJ '

k est le rapport d'quivalence, il est de l'ordre de quelques pourcents.

IV.4. Dtermination du rapport d'quivalence "k"

On excite l'inducteur seul avec un courant J, les A.T, NjJ crent j, donnant lieu E0.

On excite l'inducteur Ns par le courant I, les A.T, NsI crent s, donnant lieu la mme

fm et de la mme vitesse.

sEjE NKNKE 0 d'o sj IJk

NNINJN

j

ssj

I-J I

J I-J

R= j + s

Rh

r

I-J

G

I

J Nj

Ns

Rs

U

(a) (b) (c)

(a)

(c)

(b)

Nj/2 Nj/2 Ns/2 Ns/2

j

s

(b)

(a)

(c)

(b)

Rh

r

I-J

G U

Rs I

J Nj

Ns

I-J I

J I-J

R= j - s

(a)

(c)

Nj/2 Nj/2 Ns/2 Ns/2

j

s

Documents

Chapitre 7 Differents Modes Excitation Des Machine a Courant Continu