Cours Machines à courant continu

ISTA BERKANE – Electromécanique des systèmes automatisés -- Mr ABDALLAH Issam
Cours – Machines à courant continu -- ISTA BERKANE
I. Présentation de la machine :
La Machine à Courant Continu (MCC) est un convertisseur électromécanique réversible :
• Génératrice CC (Dynamo) : pratiquement elle n’est plus utilisée pour la production de l’énergie électrique.
Cependant, on l’utilise encore comme excitatrice des alternateurs des centrales, ou pour un freinage par
récupération.
• Moteur CC : utilisé à grande échelle dans l’entraînement à vitesse variable en raison de sa souplesse de
commande. Utilisé également dans la traction électrique.
II. Constitution de la machine :
Une machine à courant continu comporte trois parties principales : l’inducteur, l’induit et le collecteur avec les
balais.
1. L’inducteur (stator) :
C’est la partie fixe de la machine, il est formé d’un aimant permanent ou d’un électro-aimant bobiné et traversé
par le courant d’excitation, il produit un flux magnétique permanent.
Les pertes joules dans les inducteurs à aimants permanents sont supprimées, mais l’excitation magnétique est fixe.
Dans les grosses machines, le coût des aimants pénalise cette solution. L’utilisation des électro-aimants parcourus
par un courant d’excitation Ie, réglable permettent la modification du flux inducteur Φe.
Inducteur hexapolaire
Inducteur bipolaire
Pole d’inducteur
Pole d’inducteur
Inducteur tétrapolaire
Inducteur bipolaire à aimant permanent

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2. L’induit (rotor) :
C’est la partie tournante de la machine, il constitue l’ensemble des conducteurs qui coupent le flux magnétique.
Ces conducteurs sont logés dans des encoches et reliés entre eux à travers le collecteur.
3. Le collecteur et balais :
Le collecteur est un ensemble cylindrique de lames de cuivre isolées les unes des autres par des feuilles de mica. Le
collecteur est monté sur l’arbre de la machine. Dans une machine bipolaire, deux balais fixes et diamétralement
opposés appuient sur le collecteur et assurent le contact électrique entre l’induit et le circuit extérieur. Les
machines multipolaires ont autant de balais que de pôles. Par exemple, une machine ayant 4 pôles possède 4
balais, dont 2 positifs (+) et 2 négatifs (-). Les balais (+) sont reliés ensemble pour former la borne positive de la
machine. De même, les balais (-) sont reliés ensemble pour en former la borne négative.
Bobinage imbriqué ou paralléle
Bobinage ondulé ou série

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III. Principe de fonctionnement :
1. Loi de Faraday :
Le déplacement d’un conducteur dans un champ magnétique induisait une tension électrique. La loi de Faraday
s’écrit selon l’équation suivante :
vlBe =
• B = densité de flux, en tesla (T)
• l = longueur en mètre du conducteur en mètre (m)
• v = vitesse rectiligne ou périphérique du conducteur en mètre par seconde (m/s)
• e = tension induite par le conducteur en volt (v)
2. Règle de Flemming :
La polarité de la tension induite dépend à la fois du sens du déplacement du conducteur et de la direction des
lignes de forces. On peut déterminer la polarité de la tension induite en se servant d’une règle simple, appelée :
règle des trois doigts de la main droite. La règle est la suivante :
• le pouce indique le sens du déplacement.
• l’index indique le sens du champ magnétique.
• le majeur indique la polarité de la tension induite ou le sens du courant induit.
On peut utiliser la même règle pour décrire l’effet moteur. On utilise dans ce cas, les trois doigts de la main gauche.
La règle est la suivante :
• le pouce indique le sens du déplacement du conducteur (force mécanique de Laplace).
• l’index indique le sens du champ magnétique.
• le majeur indique le sens du courant dans le conducteur, qui est fourni par une source.
3. Loi de Lenz :
Lorsqu’il y a induction électromagnétique, une tension induite entretient un courant dans un circuit fermé, et le
sens de ce courant est tel que le champ magnétique qu’il produit s’oppose au champ qui a produit ce courant. Il est
important de retenir que les effets moteurs et générateurs cohabitent dans une machine tournante, que celle-ci
fonctionne comme un moteur ou comme un générateur.
4. Réaction magnétique de l’induit (RMI) :
Le passage du courant dans les conducteurs de l’induit crée également un flux magnétique qui a pour effet de
déformer et d’affaiblir le flux provenant de l’inducteur. Ce phénomène est appelé la réaction magnétique de
l’induit. Pour compenser l’effet de la réaction d’induit, on dispose entre les pôles principaux des machines à
courant continu des pôles auxiliaires, ou pôles de commutation, calculés pour développer un flux égale et opposée
en tout temps au flux d’induit. L’enroulement des pôles de commutation est donc raccordé en série avec l’induit de
façon à ce qu’il soit traversé par le même courant et qu’il développe un flux proportionnelle au courant d’induit.

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5. Génératrice à courant continu :
Dans la réalité, la tension générée par une bobine se déplaçant sur un axe, est alternative sinusoidale :
Cette tension alternative sera redressée par le collecteur, et prélevée aux bornes des balais. Ce collecteur, dans sa
forme la plus simple, est constitué de deux lames isolées l’une par rapport à l’autre. La tension aux bornes des
balais sera de la forme :
Si on rajoute des bobines, avec un collecteur à plusieurs lames, cela a pour effet d’augmenter le niveau moyen de
la tension générée.

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IV. Modes d’excitation :
Une machine à courant continu comporte deux circuits électriques : l’enroulement de l’induit et l’enroulement de
l’inducteur. Ces deux circuits peuvent être couplés l’un par rapport à l’autre de différentes manières ce qui définie
les différents modes d’excitation.
• Pour la machine à excitation séparée, l’enroulement inducteur est alimenté par une source externe et
indépendante de l’enroulement de l’induit.
• Pour la machine à excitation shunt (dérivation), les enroulements de l’inducteur et de l’induit, sont montés en
parallèles. L’enroulement inducteur comporte un grand nombre de spires en fil fin pour avoir une résistance
élevée paraport à celle de l’induit, car le courant d’excitation ne devant dériver que de 2% à 5% environ du
courant total. Dans le cas de fonctionnement en génératrice, l’amorcage se fait à vide grace au champ
magnétique rémanent. On peut facilement régler la valeur de la tension induite au moyen d’une résistance
variable intercalée en série avec l’enroulement de l’inducteur, cette résistance variable porte le nom de
rhéostat de champ.
• Pour la machine à excitation série, les enroulements de l’inducteur et de l’induit, sont montés en série.
L’enroulement inducteur ne doit entraîner qu’une chute de tension de 3% environ, il a donc une faible
résistance et comporte peu de spires de gros fil.
• Pour la machine à excitation composée, c’est la combinaison des deux modèles précédents. Les deux
enroulements peuvent être montés en courte dérivation, ou en longue dérivation. Les flux inducteurs peuvent
s’ajouter (flux additifs) ou se retrancher (flux soustractifs).