PRÉSENTATION GENERALE
Une machine à courant continu est un convertisseur d'énergie. Elle peut fonctionner en moteur comme en génératrice. C'est une machine réversible.
1. Conversion d'énergie
2. Symbole
3. Constitution
La machine à courant continu est constituée de :
a) L'inducteur
C'est la partie fixe du moteur, dont la fonction consiste à créer le champ magnétique d'excitation. Il est constitué d'un aimant permanent ou d'un électro-aimant dont les enroulements sont parcourus par le courant continu d'excitation.
b) L'induit
Il s'agit du rotor. Il est composé de N conducteurs actifs (repartis dans les encoches) et tourne à la vitesse n dans le flux inducteur. Il est le siège d'une f.é.m. induite E d'expression :
induite E d'expression :
E = p/a N.n.Φ
Avec :
P : nombre de paires de pôles _
a : nombre de paires de voie d'enroulement
N : nombre de conducteur actif
Φ : flux maximum à travers les spires en Webers (Wb)
n : vitesse de rotation en tr/s
avec Ω = 2𝜋n (en rad/s) et n = Ω /2𝜋
Finalement : E = KΦΩ avec K = p/(2.π.a).N Constante interne de la machine.
Si de plus la machine fonctionne à flux constants : E = K'Ω avec K' = kΦ
c) Collecteur - balais
Le collecteur (mobile avec le rotor), c'est un anneau formé de lames de cuivre isolées sur lesquelles frottent des balais. De ces balais partent les fils qui assurent la liaison électrique entre le rotor et l'extérieur de la machine. L'ensemble se comporte comme un redresseur : il redresse la partie négative de la f.é.m. entre les balais.
Grâce au collecteur, la f.é.m. entre les balais est unidirectionnelle.
d) Voies d'enroulement
les balais divise l'induit en voies d'enroulement, chaque voie d'enroulement comporte donc N/(2a ) conducteurs actifs (N : nombre total de conducteurs d'induit).
Les voies d'enroulement sont à considérer comme deux générateurs identiques montés en parallèle (même f.é.m. et même courant = (1/2a) courant dans la charge)
N : nombre total de conducteurs d'induit ;
Ef : f.é.m. par faisceau ;
Eb: f.é.m. par brin actif de l'induit ;
2a : nombre de voies d'enroulement.
E : f.é.m. aux bornes d'induit
E = N/2a Eb or 2a = 2 ; E = N/2 Eb
E = N/4 Eb
Remarque :
D'après ce qu'a été vu, on conclut que :
Pour augmenter le courant débité par une génératrice, on doit augmenter le nombre de voies d'enroulement
Pour avoir la f.é.m., la plus grande. On minimise le nombre de voies d'enroulements (on prend 2a =2 et on augmente le nombre de conducteurs actifs).
4. Principe de fonctionnement de la machine à courant continu
le fonctionnement des machines à courant continu et tout dispositif électromagnétique est basé sur les lois suivants :
loi d'Ampère
la loi de Lorenz
loi de Faraday
Le principe du moteur à courant continu est basé sur la Loi de Laplace
Énonce : Un conducteur traversé par un courant et placé dans un champ magnétique est soumis à une force
Remarque: L'aimant permanent peut être remplacé par un électroaimant (bobine alimentée par un courant électrique)
5. Puissance et couple électromagnétique
L'induit présente une f.é.m. E et est parcouru par le courant I, il reçoit une puissance électromagnétique Pem tel que Pem = E.I.
Le rotor tournant à la vitesse Ω, il existe un couple électromagnétique Tem tel que : Pem = Tem.Ω ⇒ Tem = Pem/Ω = (E.I)/Ω = (K.Φ.Ω.I)/Ω = K.Φ.I
Tem =Pem/Ω = K.Φ.I
Si le flux est maintenu constant : Tem = K'.I avec K' = KΦ
6. Domaines d'utilisation
➢ Faibles puissances : industrie automobile (essuie-glace, lève-vitre, démarreur etc.)
➢ Moyennes puissances : engin de levage (treuils, grues etc.)
➢ Grandes puissances : traction électrique (train)
