MACHINES ELECTRIQUES M. KASSE 1 FONCTION DE LA MACHINE ELECTRIQUE Convertisseur électromécanique réalisant 2 types de transformations d’énergie puissance électrique moteur fournie par l’alimentation électrique (puissance absorbée) puissance mécanique puissance mécanique disponible sur l’arbre du moteur (puissance utile) génératrice fournie par un moteur d’entraînement (puissance absorbée) puissance électrique disponible aux bornes de la génératrice (puissance utile) Pertes = puissance absorbée – puissance utile UCAD/ESP/GE Toutes lesDrmachines sont réversibles G. SOW, Dr K. TALL, M. KASSE, E. SYLLA M. Kassé 2 CONSTITUTION MCC Induit Inducteur Les principales partie: ➢Inducteur (Stator) ➢Induit (Rotor) ➢Collecteur et les Balais Balais Collecteur 3 M. Kassé INDUCTEUR/STATOR Rôle: créer le champ magnétique Aimants permanents: Les pertes joules sont supprimées mais l ’excitation magnétique est fixe. Dans les grosses machines, le coût des aimants pénalise cette solution. Electro-aimants: Empilement de feuilles d’acier isolées (réduction pertes magnétiques); entouré par une bobine d’excitation Le réglage de l ’excitation rend possible le fonctionnement en survitesse. Pour les grosses machines, le montage de pôles auxiliaires améliore la commutation du courant dans les conducteurs de l ’induit. 4 M. Kassé INDUCTEUR/STATOR 5 M. Kassé INDUCTEUR/STATOR 6 M. Kassé INDUCTEUR/STATOR Enroulement de compensation 7 M. Kassé INDUIT ET COLLECTEUR Induit : Paquet de tôles circulaires isolées et empilées sur l’arbre de façon à obtenir le cylindre . Ces tôles sont en acier au silicium et isolées par vernis. Collecteur: constitué par une juxtaposition cylindrique de lames de cuivre séparées par des lames isolantes. Chaque lame est reliée électriquement au bobinage induit. C’est un redresseur mécanique ⚫ ⚫ Balais: Les balais assurent la liaison électrique ( contact glissant ) entre la machine et l’extérieur. Pour des machines de forte puissance, la mise en parallèle des balais est nécessaire. 8 M. Kassé INDUIT ET COLLECTEUR Induit : 9 M. Kassé INDUIT ET COLLECTEUR Induit : 10 M. Kassé INDUIT ET COLLECTEUR Ie collecteur 11 M. Kassé INDUIT ET COLLECTEUR Porte balais/Balais 12 M. Kassé INDUIT ET COLLECTEUR stator complet 13 M. Kassé GENERATRICE A COURANT CONTINU (GCC) 14 M. Kassé Loi de l’induction Magnétique ( Faraday) Rappel Si l’on fait varier le flux d’induction ϕ traversant une spire court-circuitée, quel que soit le procédé de variation, cette spire conductrice est le siège d’un courant induit. Attention : c’est le flux ϕ qui doit varier dans le temps, que ce soit par déplacement relatif du circuit inducteur par rapport au circuit induit, la f.é.m. est alors dite de rotation ou dynamique, ou que ce soit pour des circuits immobiles par variation dans le temps du courant inducteur ou du courant dans le circuit induit lui-même, alors la f.é.m. est dite de transformation ou statique. Lenz a établi en 1834 que conformément au principe de l’action et de la réaction, le courant induit produit par cette f.é.m. tend par ses effets à s’opposer à la cause qui lui a donné naissance 15 M. Kassé PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DE LA GENERATRICE Un conducteur en mouvement dans un champs magnétique voit apparaître à ses bornes une force électromotrice (f.é.m.) donnée par la loi de Faraday: e=Blv L’induit étant constitué de N brins (N/2 spires) La f.e.m de l’induit: Les lames changent de balais redresseur mécanique 16 M. Kassé B + B 4’ 1 2 3’ 2’ 3 1’ 4’ 1 3’ 2’ 2 3 t 1’ 4 4 B’ B’ M. Kassé B + B 3’ 4’ 1 2’ 1’ 2 4 3’ 4’ 2’ 1’ 1 2 t+t 3 4 3 B’ B’ M. Kassé B + B 2’ 3’ 4’ 1’ 4 1 3 2’ 3’ 1’ 4 4’ 1 t+2t 2 3 2 B’ B’ M. Kassé B + B 1’ 2’ 3’ 4 4’ 3 2 1’ 2’ 4 3 3’ 4’ t+3t 1 2 1 B’ B’ M. Kassé B + B 4 1’ 2’ 3 3’ 2 1 4 1’ 3 2 2’ 3’ t+4t 4’ 1 4’ B’ B’ M. Kassé B + B 3 4 1’ 2 2’ 1 4’ B’ 3 4 2 1 1’ 2’ t+5t 3’ 4’ 3’ B’ M. Kassé E t t 0 M. Kassé TYPE DE GENERATRICE A COURANT CONTINU 24 M. Kassé TYPE DE GENERATRICE A COURANT CONTINU Génératrice: I a = I + I ex Moteur: I = I a + I ex 25 M. Kassé EQUATIONS DE FONCTIONNEMENT Schéma équivalent de la génératrice U= E-RaIa E=k WF Cem= k IaF Bilan de puissance génératrice shunt η= Pu/Pa 26 M. Kassé Modèle de la machine en régime permanent Ia E U R Ie L’inductance des enroulements n’a pas d’effet : lorsque I = cte, M. Kassé La machine à courant continu est une f.é.m. = génératrice + + récepteur I moteur entraînant la mcc M. Kassé Caractéristique à vide V A Ie N0 moteur M. Kassé Caractéristique à vide E saturation E(N0,Ie) Fonction linéaire E = k’.N0.Ie Er Ie M. Kassé CARACTERISTIQUES GCC SHUNT Courbe d’aimantation du matériau Point de fonctionnement juste avant le coude de saturation Caractéristique Principale RaIa- chute de tension dans le circuit d’induit ΔU- chute de tension due à la réaction magnétique d’induit (RMI) 31 M. Kassé CARACTERISTIQUES GCC U=const Maintenir la tension constante quelque soit la charge 32 M. Kassé MOTEUR A COURANT CONTINU (MCC) 33 M. Kassé PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU MOTEUR Un conducteur parcouru par courant, se trouvant dans champs magnétique subi une force de Laplace F= B I l L’induit constitué de N brins (N/2 spires) parcourus par un courant (alimentation) ; chaque conducteur est soumis à une force rotation de l’induit Cem = KF a 34 M. Kassé EQUATIONS DE FONCTIONNEMENT Schéma équivalent du moteur U= E+RaIa E=k WF Cem= k IaF Cu=Cem-Cp Si Cdyn >0:accélération Bilan de puissance moteur shunt η= Pu/Pa Cdyn <0:freinage 35 M. Kassé La machine à courant continu est une f.c.é.m. = moteur + I + générateur M. Kassé CARACTERISTIQUES MCC SHUNT 37 M. Kassé CARACTERISTIQUES MCC 38 M. Kassé DEMARRAGE, FREINAGE ET INVERSION DU SENS MOTEUR SHUNT U −E Ia = Ra ID = Inversion du sens de marche Changer le sens du courant dans l’induit ou l’inducteur (excitation) à l’arrêt Démarrage: E=0 Ia U Ra + Rrh Freinage But:arrêter le moteur rapidement après coupure de l’alimentation Le moteur est transformé en génératrice ➢Dynamique (rhéostatique) •l’induit est débranché, l’excitation n’étant pas coupée ; une f.e.m est induite Moteur génératrice à vide •On fait débiter dans un rhéostat Ia = − E Ra + Rrhf 39 M. Kassé DEMARRAGE, FREINAGE ET INVERSION DU SENS MOTEUR SHUNT Freinage ➢Par inversion (contre courant) •On inverse brutalement le sens du courant dans l’induit, le courant d’excitation restant inchangé Ia = − U +E Ra •Dés l’arrêt couper l’alimentation sinon il repart dans l’autre sens ➢Par récupération Quand la f.e.m est supérieure à la tension d’alimentation Ia = U −E 0 Ra La machine fonctionne en génératrice et fournit de l’énergie aux réseau (phase de descente des appareils de levage, le charge entraîne le moteur 40 M. Kassé CARACTERISTIQUES MCC SERIE Cu = KI − C p W = 2 a R U − a Cu Ne jamais annuler la charge emballement du moteur 41 M. Kassé DEMARRAGE, FREINAGE ET INVERSION DU SENS MOTEUR SERIE 42 M. Kassé REGLAGE DE LA VITESSE Par action sur la tension d’induit Grâce à l’électronique de puissance, on peut obtenir une grande plage de variation de vitesse et une souplesse de réglage ;par ailleurs l’emploi du rhéostat de démarrage n’est pas nécessaire ;on distingue plusieurs procédés : • Auto-transformateur et redressement non commandé • Redressement commandé ( pont tout thyristors ou pont mixte) • Tension continue réglable par hacheur Par action sur le courant inducteur On insère dans le circuit d’excitation un rhéostat de champ permettant de varier le courant d’excitation 43 M. Kassé IDENTIFICATION MCC ➢Série:LSK ➢Hauteur d’axe:160 ➢Nombre de pôle: 4 ➢Mode de refroidissement:IC O6 (ventilation forcée) ➢Indice de protection: IP 23 (corps solide 12mm;pluie 60°) ➢Température ambiante :<=40°C ➢Altitude : <1000m ➢Classe d’isolation: H ➢Position de fonctionnement: IM 1001 (axe horizontale, pattes au sol) ➢Type de service: S1 44 M. Kassé Mode de fixation et position de montage UCAD/ESP/GE Dr G. SOW, Dr K. TALL, M. KASSE, E. SYLLA 45 Mode de fixation et position de montage UCAD/ESP/GE Dr G. SOW, Dr K. TALL, M. KASSE, E. SYLLA 46 Mode de fixation et position de montage UCAD/ESP/GE Dr G. SOW, Dr K. TALL, M. KASSE, E. SYLLA 47 Mode de refroidissement UCAD/ESP/GE Dr G. SOW, Dr K. TALL, M. KASSE, E. SYLLA 48 UCAD/ESP/GE Dr G. SOW, Dr K. TALL, M. KASSE, E. SYLLA 49
