Licence de Libre Diffusion des Documents LLDD version

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La machine à courant continu

Principes de fonctionnement Forces de Laplace df = idl B Lorsque i et B sont perpendiculaires, par construction dans les machines électriques : f = i x l x B

f. é. m. induite

Flux magnétique à travers une spire B N S

B Flux maximum = 90° (par exemple)

B

B

B Flux nul = 0°

Pour une spire : = max sin( t) d e = dt e = max cos( t)

Pour chaque conducteur de la spire : max cos( t) ec = 2 Disposons n conducteurs à la périphérie de l’induit. Soit A le conducteur pris pour origine et B un conducteur quelconque. Pour le conducteur B : max cos( t + ) ec = 2

f. é. m. maximale N S d dt max

f. é. m. minimale ligne neutre N d dt min S

Les conducteurs sont regroupés pour : Obtenir une f. é. m. plus importante n Facile à recueillir par des contacts glissants (balais) n

On met les conducteurs en série. Si le nombre de conducteurs est très grand : dans un angle d n dn = 2 d f. é. m. induite dans ces conducteurs en série : n de = 2 max cos( t+ ) d n d X ec( ) = 2 2

f. é. m. totale : + n max cos( t+ ) d e = 2 2 - n max [ sin( t+ ) ] + e = 2 - 2 = 2 N e = n N max cos( t)

Pour recueillir la f. é. m. , on dispose de deux solutions : n n Machines synchrones : 2 bagues recueillent une tension alternative Machines à courant continu : un collecteur recueille une tension continue E = n. N

Règle des trois doigts de la main gauche déplacement courant induit champ

Règle des trois doigts de la main droite force courant champ

Principes de fonctionnement Force de Laplace n Le collecteur permet d’inverser la force de Laplace à chaque demi tour. n F. é. m. produite par la machine que l’on entraîne. n

Constitution

Le rotor avec son collecteur

Le rotor

Le stator

Pôle inducteur

Pôle de commutation

Bobines de compensation

4 bobines de commutation Bobines de compensation 4 pôles inducteur

Les portes balais

L’origine du mot ’’balais’’:

Machines complètes

Moteur cc de laminoir fourni en 1915, modernisé en 1955 et toujours en service.

Moteur cc de laminoir couple max : 2500 k. Nm à 50 tr/min, 1950

Moyeu soudé de l’induit

Équations générales

f. é. m. à vide

1 4’ N 2 3’ 2’ 3 1’ 4 S

Conducteur 2’ mouvement B

Règle des trois doigts de la main gauche déplacement courant induit champ

Conducteur 2’ mouvement B

Conducteur 2’ + I induit B

Conducteur 2’ +

Conducteur 2 I induit mouvement B

Conducteur 2

Ligne neutre 1 4’ N 2 3’ 3 2’ 1’ 4 S

E t 0 t

Représentation plane « développée » du rotor 3’ 2’ 4’ 1’ 1 4 3 2

Connexions à l’avant du rotor 4’ 1 2 3’ N 3 2’ 1’ 4 S

Connexions à l’arrière du rotor 4’ 1 2 3’ N 3 2’ 1’ 4 S

Induit = rotor collecteur 1 2 3 4

Formule générale de la f. é. m. E = n N Si l’inducteur comporte 2 p pôles : N p N Si il y a 2. a voies pour le courant entre les balais : n n a

D’où la formule générale : p n N (Ie) E = a p, n, a, sont des paramètres fixés par construction. On pourra écrire : E = k N (Ie)

Caractéristiques à vide V A Ie moteur N 0

Caractéristiques à vide E saturation E(N 0, Ie) Fonction linéaire E = k’. N 0. Ie Er Ie

Étude en charge

Couple électromagnétique + Fe N I N Fe - S Ce= Fe x r

Modèle de la machine en régime permanent I E U R Ie L’inductance des enroulements n’a pas d’effet : lorsque I = cte, e = d dt = 0

P = U. I = (E + R. I). I = E. I + R. I 2 I Pe = E. I = Ce. 2. N E R U E. I Ce = 2. N k I. (I ) Ce = e 2

La machine à courant continu est soit : une f. é. m. = génératrice + + récepteur I moteur entraînant la mcc

soit une f. c. é. m. = moteur + I + générateur

Réaction magnétique de l’induit

Lignes de champ dues à l’inducteur + N S -

+ N Courant dans les spires - S

Lignes de champ dues au rotor + N S -

Lignes de champ dues au rotor + N Brotor S -

Déformation du champ résultant + N S -

Déformation du champ résultant, donc : n n n Décalage de la ligne neutre Saturation de certaines cornes de l’inducteur réduction du flux par pôle Au total : réduction du flux embrassé par le bobinage.