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1 - Rappel 1 – 1 - Principe Le moteur à courant continu est une application de la loi de LAPLACE à savoir : Tout conducteur placé dans un champs magnétique et traversé par un courant sera soumis à une force électromagnétique dont le sens est donné par la règle des 3 doigts de la main droite. 1 – 2 - Bilan des puissances

Moteur à cc à excitation séparée 2008

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Cours d'électrotechnique sur le pmoteur à courant continu à excitation indépendante +commande par hacheur série

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Page 1: Moteur à cc à excitation séparée 2008

1 - Rappel

1 – 1 - Principe Le moteur à courant continu est une application de la loi de LAPLACE à savoir : Tout conducteur placé dans un champs magnétique et traversé par un courant sera soumis à une force électromagnétique dont le sens est donné par la règle des 3 doigts de la main droite.

1 – 2 - Bilan des puissances

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1 – 3 - Rendement   : 1 – 4 - Rendement de l’induit :

1 – 5 - Rhéostat de démarrage : Au démarrage la vitesse de rotation du moteur n = …….alors sa FCEM E= ……. , l’intensite de démarrage direct sera très élevée Idd = ……………Pour limiter l’intensité du courant induit à une valeur Id acceptable ( Id = 1,2 IN .à 2 IN) selon le constructeur du moteur , On insère avec l’induit moteur un rhéostat de démarrage de résistance Rhd

Rhd = ……………

1 – 6 - Couples: * Moment Couple moteur ( ou électromagnétique ) T : .........C’est le couple mesuré sur l’arbre à partir de la relation Peu = T . avec : ........ Peu : ........

T = .................... = ................

* Couple utile ( Tu )

Pu = Tu . d’où Tu = .................... = ................ = ................

Tu < T à cause des pertes mécaniques ( frottement par exemple ) 1 - 7 – Inversion du sens de rotation

M

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Pour inverser le sens de rotation de l’induit d’un moteur à excitation indépendante , on inverse : 5 - Vitesse de rotation ( n )

n = ............................................... avec E’ = .................................. d’où n = .................

si 0 alors n ....... on dit que le moteur ....................., par conséquent il ne faut jamais

couper le courant inducteur avant de couper l’alimentation de l’induit. 1 - 8 – Moteur à aimant permanent L’inducteur de certain moteur à courant continu sont des aimants permanents d’où leur nom Ces moteurs sont de faibles puissances , ils sont utilisés dans les vidéos , les bras manipulateurs , les jouets d’enfants . . . Pour ces moteurs , on a :F.e.m E’= …………………..

Loi d’Ohm U= ………………………

Puissance absorbée Pa = ……………..Pertes : -Pertes par effet Joules dans l’induit Pjr = ………….. - Pertes constantes : Pc Rendement = Inversion du sens de rotation Dans ce cas,pour inverser le sens de rotation de l’induit, on inverse le courant « I »qui le traverse 2 - CARACTERISTIQUES DU MOTEUR A EXCITATION INDEPENDANTE2 - 1 – Caractéristique du couple éléctromagnétique en fonction du courant induit T ( I ) à =cte ( i =cte )

2 - 2 – Caractéristique du couple utile en fonction du courant induit Tu ( I ) à =cte ( i =cte )

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2 – 3 - Caractéristique de vitesse n( I ) à U=cte et i=cte

2 - 4 – Caractéristique mécanique de couple Tu(n) à U=cte et i=cte

2 - 5 - Point de fonctionnement d’un moteur à courant continu

M Charge

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3 - REGLAGE DE LA VITESSE DU MOTEUR A EXCITATION INDEPENDANTELe moteur à courant continu offre de grandes possibilités pour obtenir des vitesses de rotation variables

U = E + R I ; E = Nn ;

Cette formule Montre que le réglage de la vitesse peut être soit:

Par action sur le flux ( La vitesse est inversement proportionnelle au flux à U=cte ). On peut varier le flux par action sur le courant inducteur i .

Par action sur la tension ( La vitesse est proportionnelle à la tension d’alimentation de l’induit du moteur à flux constant ) 3 - 1 - Principe de fonctionnement d’un variateur de vitesse   : HACHEUR SERIE Les hacheurs permettent le transfert d’energie entre une source de tension continue constante Us et une charge fonctionnant sous une tension régleable UcLe hacheur est un convertisseur continu – continu qui permet de délivrer une tension continue variable à partir d’une source continue fixe ( pile , Batterie d’accumulateurs , alimentation stbilisée …..)

3 - 2 - Débit sur une charge résistive

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Commentaires : La tension de sortie du hacheur (tension V) n’est pas continue mais toujours positive.Lorsque la période est assez faible (fréquence de 100 à 1000 Hz) la charge ne reçoit pas les créneaux mais la valeur moyenne de la tension.

le rapport cyclique a peut être réglé. Par conséquent la valeur moyenne de V va varier. il s’agit d’un hacheur série car l’interrupteur K est monté en série entre la source et la charge.Calcul de la valeur moyenne :La valeur moyenne d'un signal de courant ou tension est obtenue en faisant la moyenne de toutes les valeurs instantanées sur un intervalle de temps [to, t1], soit en intégrant le signal de tension ou de courant sur l'intervalle considéré et en le divisant par l'intervalle de temps :

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Calculons la valeur moyenne de la tension V aux bornes de la charge R sur une périodeT (t1=0,t2= T)

= ………………………………………………=…………………………………………………=…………………………..=………………………=………………………

Application numérique U =T = t1 = =

=

Conclusion En faisant varier de 0 à 1 La valeur moyenne varie de …………..à …………………. 3 - 2 - Débit sur une charge inductive3 – 2 – 1 - Exemple de charge inductivePour un bon fonctionnement, le moteur à courant continu nécessite un courant le plus régulier possible .Pour cela on lui adjoint, branche en série, une self de lissage (une inductance qui valisser le courant).3 – 2 – 2 - Propriété d’une inductance

En courant continu : L’inductance se comporte comme un court-circuit ,elle est équivalente à un fil. En courant périodique : la tension moyenne à ses bornes est nulle. Díune faÁon gÈnÈrale: le courant dans une inductance ne peut pas subir de discontinuité l’inductance s’oppose aux variations du courant qui la traverse.Conclusion :………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

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3 – 2 – 3 – Bobine réelle Pour une bobine réelle, il faut tenir compte de la résistance du fil de la bobine. D’où le schéma équivalent suivant :3 – 3 - Problème lié aux charges inductivesA la fermeture de K le courant s’établit.A l’ouverture de K deux phénomène contradictoires ont lieu :

La commande qui veut annuler subitement le courant :

La bobine qui ne peut subir la discontinuité de courant : Résultat du conflit :C’est la bobine qui ì gagne î en provoquant un arc électrique aux bornes de l’interrupteur pour maintenir le courant Conséquence :L’interrupteur qui est en réalité un transistor subit alors à chaque blocage une surtension qui peut être destructrice . Il faut trouver une solution qui permette le blocage normal du transistor.3 – 4 - Solution et analyse de fonctionnement   : d’après la loi des mailles :……………………………………………….. ……………………………………………

D’après la loi des nœuds

……………………………………………….. ……………………………………………

De 0 à T : K est est fermé

La source U alimente la charge .Le courant ne peut pas passer dans La diode

……………… ……………………

……………… et ……………………

Le courant augmente progressivement (La pente dépend de la valeur de L )

De T à T: K est est ouvert

La bobine maintient le courant A travers la diode ……………… ……………………

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……………… et ……………………Comme la charge n’est pas alimentée Le courant diminue progressivement

Conclusion A l’ouverture de K, il n’y aura pas d’étincelle puisque le courant imposé par la bobinepourra passer par la diode. D est appelée diode de roue libre car elle est active lorsque la charge n’est pas alimentée. Elle est nécessaire pour un bon fonctionnement du montage. La bobine lisse le courant. Plus L est grand, plus i sera petit (voir les oscillogrammes).3 – 5 - Application au moteur Le Hacheur série est souvent employé pour commander un moteur un moteur à courant continu .On rappelle que la vitesse d’un tel moteur est proportionnelle à la tension d’alimentation .Pour un bon fonctionnement du moteur , il est préférable Que le courant soit plus régulier possible , d’où la présence d’une bobine de lissage .Si son inductance est suffisamment grande , on pourra considérer le courant comme constant i = 0

Puisque la valeur moyenne de la tension aux bornes d’une bobine est nulle et puisque Ub est négligeable , on peut écrire Ub = 0 . Donc Si le flux est constant et en négligeant la resistance de l’induit R alors ………………………………………………………..

Grâce à l’utilisation du hacheur On peut faire varier la vitesse De rotation du moteur en réglant Le rapport cyclique .Le schéma ci-contre représente Le modèle complet :moteur , la bobine de lissage , le hacheur

3 – 6 – Exemples d’oscillateurs de commande du hacheur série Pour commander le commutaeur du hacheur série , il faut réaliser un montage électronique délivrant un signal en créneaux avec un rapport cyclique régleable .Il s’agit d’un oscillateur .il existe plusieurs circuits intégrés réalisant cette fonction 3 – 6 – 1 – Exemple - 1  -Le courant de sortie de L’AOP étant très faible (1 à 20 mA) .Il conviendra d’utiliser un transistor Darlington derrière la sortie S.Le rapport cyclique

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3 – 6 – 2 – Exemple – 2 – Cr = 0,33F , RC = 10 K , RT = 22 KR=1K/0,5WRC règle le rapport cyclique RT règle la fréquence

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