mercredi 9 février 2011

MOTEUR A COURANT CONTINU

Les moteurs et les générateurs (dynamos) à courant continu furent les premières machines électriques utilisées par les ingénieurs au milieu du 19ième siècle pour produire de la puissance motrice en usine ou en transport (les tramways).
De nos jours, les moteurs à courant continu à excitation séparée sont encore utilisés assez largement pour l'entraînement à vitesse variable des machines. Très facile à miniaturiser, ils s'imposent dans les très faibles puissances. Ils se prêtent également fort bien à la variation de vitesse avec des technologies électroniques simples pour des performances élevées et jusqu'à des puissances importantes. Leurs caractéristiques permettent également une régulation précise du couple. Leur vitesse de rotation nominale est adaptable aisément par construction à toutes les applications, car elle n'est pas liée à la fréquence du réseau. Ils sont en revanche moins robustes que les moteurs asynchrones et nécessitent un entretien régulier du collecteur et des balais.
A/ Principe de fonctionnement :

1/Force de Laplace :
Tout conducteur noyé dans un champ d’induction  et parcouru par un courant I sera soumis à une force : .
La force de Laplace est orthogonale à la direction de l'intensité du courant et à celle du champ magnétique.

2/Fonctionnement d’un moteur:
Une version simplifiée d’un moteur à courant continu ne contient qu’une seule bobine rotorique alimentée par un collecteur à deux lames.
Les deux conducteurs sont parcourus par des courants de sens opposés. Ils seront le siège de forces de Laplace de sens opposés ce qui représente un couple moteur assurant la rotation du rotor.
Au passage de la ligne neutre, et pour assurer la rotation, les sens des forces dans les conducteurs doivent changer. Ceci est assuré par la commutation des lames et balais (chaque balai doit changer de lame).
3/ Machines industrielles:
Un moteur à courant continu peut être multipolaire. Le choix du nombre de pôles est complexe, car il est lié à la puissance de la machine, au compromis entre sa taille et celle du réducteur associé.

O Moteur bipolaire :
O Moteur tétrapolaire :
Nous pouvons ajouter, à ce stade, que les polarités (nombre de pôles) élevées se rencontrent le plus souvent avec les grandes puissances (supérieures à 1 MW). En effet, ces machines étant produites à l’unité, sur cahier des charges. La seule contrainte qui reste alors au concepteur est la réduction du coût de l’ensemble moto-réducteur.

4/ Représentation :
On voit que la vitesse d’entraînement est inversement proportionnelle au flux magnétique, donc au courant d’excitation Iex. Il faut donc éviter d’alimenter le circuit induit d’un moteur à courant continu sans alimenter le circuit inducteur ; sinon le moteur s’emballe.


6/ Bilan des puissances :

·         pertes joules inducteur ou d'excitation :
Elles traduisent l'énergie dissipée dans le bobinage inducteur :Pjex= rIex² r étant la résistance du bobinage inducteur.
·         pertes joules induit :
Elles traduisent l'énergie dissipée dans le bobinage induit. Pji= R.I²
R étant la résistance du bobinage induit.
·         les pertes constantes :
C'est la somme des pertes mécanique (frottement) et des pertes magnétiques (Foucault et hystérésis). Ces pertes sont supposées constantes quelque soit le point de fonctionnement du moteur.
Le rendement :
7/ la plaque signalétique du moteur :
La plaque signalétique spécifie les valeurs du point de fonctionnement nominal ( point pour lequel le moteur fonctionne normalement). On trouve sur la plaque signalétique du moteur différentes informations :
  • Puissance nominale
  • Vitesse nominale
  • Tension et courant d'induit
  • Tension et courant d'excitation

Définition des informations :
LSK : Série de moteur.
160 : Hauteur d'axe.
4 : Polarité.
S : Symbole du stator.
02 : Indice constructeur.
N° 700000 : N° série moteur.
/10 : N° d'ordre dans la série.
9 : Mois de production.
/92 : Année de production.
M 249 kg : Masse.
Classe H : Classe d'isolation.
IM 1001 : Position de fonctionnement.
IP 23S : Indice de protection.
IC 06 : Mode de refroidissement.
Mnom 301Nm : Moment (couple) nominal.
Altit. 1000 m : Altitude maximale de fonctionnement en mètres.
Temp. 40 °C : Température maximale ambiante de fonctionnement



Caractéristiques nominales Nom :
36,3 kW : Puissance
1150 min-1 : Nombre de tours par minute
440 V : Tension d'induit
95,5 A : Intensité d'induit
360 V : Tension d'excitation
3 A : Intensité d'excitation


Autre point de fonctionnement :
3,63 kW : Puissance
115 min-1 : Nombre de tours par minute
44 V : Tension d'induit
95,5 A : Intensité d'induit
360 V : Tension d'excitation
3 A : Intensité d'excitation


Autre point de fonctionnement :
36,3 kW : Puissance
1720 min-1 : Nombre de tours par minute
440 V : Tension d'induit
95,5 A : Intensité d'induit
240 V : Tension d'excitation
T : Indice d'imprégnation
I : Système de peinture
S1 : Service S1



8/ Raccordement dans la boîte à bornes :
Les schémas électriques ci-contre se retrouvent dans la boîte à bornes d’un moteur à courant continu. On reconnaît dans l’ordre :
- Un moteur non compensé avec pôles d’aide à la commutation (PA)
- Un moteur compensé avec pôles d’aide à la commutation (PC)
- Un inducteur bi-tension par connexion série ou parallèle
- Un inducteur mono-tension .

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