Machines à Courant Continu

Machines à Courant Continu
Sommaire
Machines à courant continu ......................................................................................................................................................... 2
I) Introduction : ........................................................................................................................................................................ 2
II) Principe de fonctionnement : ............................................................................................................................................ 2
II.1) Principe ........................................................................................................................................................................... 2
II.1) Description de la machine .......................................................................................................................................... 3
II.2) Représentation normalisée d'un moteur à courant continu : ............................................................................. 4
II.3) Deux types de fonctionnement ................................................................................................................................ 4
II.4) Force électromotrice ................................................................................................................................................. 4
II.5) Modèle équivalent ........................................................................................................................................................ 7
II.6) Couple Electromagnétique ......................................................................................................................................... 7
II.7) Différents modes d’excitation: ................................................................................................................................ 8
II.8) Réaction magnétique d’induit .................................................................................................................................... 9
II.9) Pôles de commutation ................................................................................................................................................10
III) Les différentes méthodes d'étude: ............................................................................................................................ 11
III.1) Méthode directe: ...................................................................................................................................................... 11
III.2) Méthode des pertes séparées: ............................................................................................................................. 11
III.3) Méthode d'opposition: ............................................................................................................................................12
IV) Moteur à excitation indépendante : ..............................................................................................................................13
IV.1) Bilan des puissances ...................................................................................................................................................13
IV.2) Caractéristiques .........................................................................................................................................................13
IV.3) Point de fonctionnement ...........................................................................................................................................14
IV.4) Conduite en vitesse des MCC...................................................................................................................................14
IV.5) Marche en 4 quadrants .............................................................................................................................................15
IV.6) Equations de la MCC ..................................................................................................................................................15
IV.7) Régimes transitoires .................................................................................................................................................16
V) Moteur à excitation série : ...............................................................................................................................................16
V.1) .Schéma électrique équivalent ...................................................................................................................................16
V.1) .Schéma électrique équivalent ...................................................................................................................................16
V.2) Bilan des puissances .....................................................................................................................................................16
V.3) Caractéristiques ...........................................................................................................................................................17
VI) Alimentation des moteurs à courant continu : ............................................................................................................17
VI.1) Alimentation de l’inducteur en Excitation Indépendante : ...............................................................................17
VI.2) Comment alimenter l’induit ? ...................................................................................................................................17
VI.3) Alimentation de l’induit par redresseur commandé : .........................................................................................17
VI.4) Alimentation de l’induit par Hacheur .....................................................................................................................17
VI.1) Groupe Ward Leonard................................................................................................................................................17
Sommaire
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Machines à courant continu
I) Introduction :
Une machine à courant continu est un convertisseur d'énergie réversible : l'énergie électrique y est transformée en
énergie mécanique dans le fonctionnement en moteur, et l'énergie mécanique y est transformée en énergie électrique dans
le fonctionnement en génératrice.
 La machine à courant continu est un convertisseur électromécanique.
fig.1
Puissance
électrique
fournie
MOTEUR
pertes
d’énergie
Puissance Puissance
mécanique mécanique
fournie
utile
GENERATRICE
Puissance
électrique
utile
pertes
d’énergie
La principale utilisation en est le moteur dont on contrôle facilement la vitesse, son coût et l’entretien nécessaire en sont les
inconvénients majeurs.

Faible puissance : (qq W) : servomécanisme équipement auto

Moyenne puissance : (<300 kW) : Machines outils engins de levage

Fortes puissances : (<10 MW) : traction TGV (premiers TGV 12 MCC 525 KW sous 1070 V et I max=1000 A
II) Principe de fonctionnement :
II.1) Principe
Dans les machines tournantes deux aimants cherchent à aligner leurs pôles opposés :
-dans les machines à courant alternatif le stator génère un champ que suit le rotor aimanté : (c’est la
machine synchrone ou asynchrone)
-dans les machines à courant continu , le stator crée un champ magnétique fixe et le rotor lui présente
un champ magnétique fixe lui aussi mais les conducteurs voient alternativement un courant dans un sens puis
dans l’autre les parcourir, à l’aide du collecteur.
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II.1) Description de la machine
Le circuit magnétique est,formé d’une partie fixe, le stator et d’une partie mobile, le rotor qui sont séparés par
un entrefer.
II.1.1) L’inducteur (stator)
Il crée le champ magnétique dans l’entrefer.
Le champ est créé soit :
- Par un bobinage alimenté en continu
- Ou par aimant permanent
L’inducteur est formé d'aimants en ferrite ou de bobines
enroulées sur des noyaux polaires disposés sur le stator.
Lorsque les bobines sont parcourues par un courant continu ( courant
inducteur ou courant d’excitation ), elles créent un champ
magnétique dans le circuit magnétique de la machine, et en
particulier dans l'entrefer.
Lorsque la machine comporte un seul pôle nord et un seul pôle sud,
elle est dite bipôlaire.
S’il y a plusieurs pôles, la machine est multipolaire. Le nombre de
pôles de la machine est noté 2p.
P=nombre de paire de pôles.
N
S
Circuit magnétique. Répartition du flux
II.1.2) L’induit (rotor)
Un circuit électrique situé sur le rotor : l’induit. C’est un circuit électrique obtenu en associant des conducteurs
logés dans des encoches du rotor.
Il est alimenté par une source de tension continue variable par l’intermédiaire du système de collecteur balais.
Le courant qui le parcourt alors, crée un champ magnétique qui tend à s’aligner sur celui de l’inducteur créant
ainsi le couple moteur.
II.1.3) 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 en graphite partent les fils qui assurent la liaison électrique entre le rotor et
l'extérieur de la machine.
Rotor (induit)
Collecteur et
balais
Encoches pour
les conducteurs
de l'induit
S
N
Stator
(inducteur)
Bobines
d'excitation
Entrefer
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II.2) Représentation normalisée d'un moteur à courant continu :
M
M
M
Moteur
G
G
Génératrice
II.3) Deux types de fonctionnement
Fonctionnement en moteur, en génératrice
II.4) Force électromotrice
Relation générale ; cas particulier du fonctionnement à excitation constante
II.4.1) Champ magnétique B créé par l’inducteur.
Le rotor tourne à la vitesse angulaire .  en rad /s. = 2 N ; n en tr/s.
B
ligne
neutre
ligne
neutre
ligne neutre
ligne
neutre
N
-/2
0
3/2
/2
S


Exemple pour un inducteur à 2p pôles :(figure 1)
Cette courbe réelle peut être remplacée par les courbes de la figure 2 pour les études ultérieures.
Ce champ inducteur est fixe . Chaque point de l’entrefer est toujours soumis au même champ magnétique.
II.4.2) Force électromotrice induite dans un conducteur
Considérons un conducteur placé sur le rotor qui tourne à la vitesse angulaire .
Ce conducteur coupe des lignes de champ; d’après la loi de Faraday, il est le siège d’une fém induite telle que le conducteur
se comportant en générateur de courant va générer un courant induit s’opposant à la cause qui lui à donné naissance (Loi de
Lenz)

F
N
ln

B
 a)
f
ln

S
ln

N
S

f
S
N
b)
ln

c)

F

B

N
S
d)
I induit s’oppose au déplacement
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
En a) le conducteur est soumis à une force motrice. Le rotor tournant à
vitesse constante, la somme des forces agissant sur le conducteur est nulle. Il
existe donc une force électromagnétique
f
directement opposée à, due à un
I
courant induit I dirigé vers l’arrière de la figure (règle des 3 doigts de la main
droite)
A ce courant induit correspond une fém induite e1 de même orientation que I.


e1>0

F

B
  
f  I ^ B
En b) et d) Le champ étant nul sur la ligne neutre, la fém est nulle.
En c) : compléter le schéma fig.6. En déduire le sens de la fém induite ( même
raisonnement que pour le cas a).
  
f  I ^ B
e1<0
 Dans sa rotation, le conducteur est donc le siège d’une fém induite e1
alternative dont la représentation est donnée ci-dessous :

B
I

F
e1
ln
N
Remarque :
ln
ln

N
S
– si le conducteur se trouve à gauche de la ligne neutre, la fém induite est positive ;
– si le conducteur se trouve à droite de la ligne neutre, la fém induite est négative ;
II.4.3) Fém induite dans une spire
Considérons deux conducteurs diamétralement opposés sur le rotor et constituant une spire.
Les conducteurs de liaison ne coupent pas de ligne de champ: ils sont inactifs.
Par contre les conducteurs (1) et (2) sont le siège de fém dont le sens est donné par la loi de Lenz comme précédemment.
Aux bornes de la spire la fém est la somme des fém de chaque conducteur : es = 2e1 et est donc alternative, d’amplitude
double de e1.
e2
e1
(1)
e1
A
(2)
(1)
(2)
B
e2
e2
(2)
eS
e = 2e1
a)
fig.7
ln
B
A
e1
(1)
e = 2e1
b)
fig.8
 La tension aux bornes des balais est unidirectionnelle : l’ensemble collecteur-balais joue le rôle d’un redresseur.
e
ln
ln
e
ln
ln
ê
N
S
N

N
ln
S
ln
N

Dans l’hypothèse où eS est sinusoïdale.
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II.4.4) Bobinage réel de l’induit :
Pour diminuer l’intensité qui les traverse, les N conducteurs de l’induit sont répartis en 2a voies d’enroulement. (2a
bobinages montés en parallèle). Chaque voie contient donc N/2a conducteurs en série.
e
e
e
e fem d’un conducteur.
II.4.5) Ondulation de la fem totale :
Le nombre N de conducteurs étant important, il n’est plus possible de relier entre eux uniquement des conducteurs
diamétralement opposés. Deux spires successives sont décalées et donc
les fem qui y sont induites sont aussi décalées.
Beaucoup
d’encoches.
e
e
ln
ê
N
ln
S
Les 4 encoches en
série
ln
N

Fem dans 2 encoches
diamétralement
opposées décalées de
90°
Fem dans 2 encoches diamétralement
opposées
Entre les balais, la fem induite est pratiquement constante dés que N >100.
II.4.6) Expression de la fem totale.
E
N
p
p

f 2 pn  Nnf  N 
2a
a
a
2
D’après la loi de Faraday : E =  /t.
On peut vérifier expérimentalement que
P: nombre de paires de pôles
a : nombre de paires de voies d’enroulement
N : nombre de conducteurs
E  K   
E en V ;  flux sous un pôle en Wb;  vitesse angulaire en rad/s ; K en V.Wb-1.rad-1.s-1.
Remarque : à flux constant E est proportionnelle à la vitesse
Si  = constante, E= K ‘. 
II.4.7) Caractéristiques de la fem
II.4.7.1) Caractéristique à vide à vitesse constante E = f(ie)
Rappel : à vitesse constante, E est proportionnelle à ,
( E = K   = K’’  )
 Cette caractéristique correspond à la courbe de magnétisation du circuit
 = f(ie) (à n cst).
E
 = cte
 = 1
 < 1
ie
II.4.7.2) Caractéristique E = f(n) à ie constant
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A ie constante,  est constante, E est proportionnel à la vitesse : E = K’ 
E
ie = cte
En effet : E = K   = K’ 
Ces caractéristiques sont utiles pour l'étude d'un moteur
à courant continu.
Conclusion : (si ie = cte ) : si on connaît (E1,1) donc K’ on
peut déduire chaque valeur de  :
Ex : E1/1=E2/2

E2 = (2 /1)E1

II.5) Modèle équivalent
En fonctionnement générateur ,en moteur
II.5.1) Inducteur :
Bien que bobiné, l’inducteur est soumis à une tension continue donc le caractère inductif n’apparaît pas et peut
donc être modélisé par une résistance.
u
r
II.5.2) Induit :
L
R
Ri
E
L
di
dt
U
E
Fonctionnement en moteur
En régime quelconque
U  E  Ri  L
En régime permanent
U  E  Ri
L
R
I
di
dt
RI
L
I
di
dt
U
Fonctionnement en génératrice
U  E  Ri  L
U  E  Ri
di
dt
Avec R résistance de l’enroulement de l’induit et L inductance de l’induit
II.6) Couple Electromagnétique
II.6.1) Origine du couple :
Placés dans le champ magnétique créé par l’inducteur, les conducteurs sont parcourus
par un courant I dont le sens est indiqué sur le schéma ci-contre :
Deux conducteurs diamétralement opposés sont alors soumis à deux forces
magnétiques, formant un couple de forces et donc produisant la rotation du rotor.
Remarque : Si le courant gardait le même sens dans un conducteur, il n’y aurait pas de
rotation. ( nécessité de l’ensemble collecteur+ balais ).
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
F1
N

S

B

F2
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I
C1
A+
I
C2
L1
-B
L2
Position
1
II.6.2) Moment du couple électromagnétique :
Cem  K  I    sin
A+
C2
L2
-B
L1
I
I
C1
Après ½ tour
Position2
avec  angle entre le champ de l’inducteur et celui de l’induit.
Pour la machine à courant continu, cet angle est égal à /2 (si la RMI est compensée) d’où :
Cem  K  I  
On a aussi les relations
Puissance électromagnétique développée :
Le couple électromagnétique
Cem 
Pem  E  I
Pem E  I

 K  I  (ie )


Cem en N.m ;  en Wb ;I en A; K en V.Wb-1.rad-1s-1.
Remarque : Si  = constante, Tem= K’I.
II.6.2.1) MCC séparée :
Cem  K    ie   I  K ' I
C te
II.6.2.2) MCC série :
Cem  K    I   I  K " I 2
kI
II.6.3) Production du flux:
Cem  K  I   Pour avoir un couple important, il faut que  soit le plus grand possible.
II.6.3.1) Le flux est créé par un électroaimant
bobine traversée par un courant continu : courant inducteur i
U excitation = r excitation .Iexc
II.6.3.2) Le flux est créé par des aimants permanents
(pour les petites puissances embarquées...)
II.7) Différents modes d’excitation:
II.7.1) Excitation indépendante :
le circuit inducteur, producteur de flux, est alimenté par une source continue
indépendante. (différente de celle qui alimente l’induit.)
Le couple est proportionnel à I si =cte.
Sommaire
uex
M
U
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II.7.2) Excitation série. :
L’inducteur est branché en série avec l’induit.
Il est donc traversé par le même courant.
Tem est proportionnel à I2 si la machine n’est pas saturée.
M
U
II.8) Réaction magnétique d’induit
II.8.1) Observation
On fait fonctionner la machine en génératrice à excitation indépendante.
U
I
ie
RI
U
ue
G

Ev
R
U
Rc
RC
RI
Uth
Uch
E
à  et ie constants
I
U = f(I) à n et ie constants
Théoriquement : la courbe attendue est la droite Uth = f(I) droite décroissante de pente –R. Le terme R.I
représente la chute ohmique de tension dans l'induit. Il représente un élément de perte de puissance dans le
fonctionnement de la machine.
Dans le modèle utilisé, la fém E est constante et Uth = E – RI
( et  cte )
Or on relève expérimentalement, la courbe Uch(I) : Uch inférieure à la valeur théorique Uth pour une charge
donnée.
Il y a donc une chute de tension d’autant plus élevée que I est importante :
Tout se passe comme si la f.é.m diminuait quand le courant augmente.
La différence  = Uth – Uch traduit la réaction magnétique d'induit.
Ce phénomène est dû à la production par l'induit d'un champ magnétique qui s'oppose au champ magnétique
inducteur.
La réaction magnétique d’induit existe aussi en fonctionnement moteur, puisqu'un courant circule dans
l'induit.
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II.8.2) Cause du phénomène


Les courants induits créent un champ B i
orthogonale à Be
Les deux champs se superposent et la
résultante est décalée
II.8.3) Conséquence du phénomène


L’induction est alors plus élevée et sature les
pôles
L’existence d’un flux dans l’air crée une
inductance de fuite d’induit (plutôt faible car
l’entrefer transversal est plutôt grand)
II.8.4) Remède
Ligne neutre

En pratique, on compense la réaction magnétique
d'induit par l'intermédiaire d'enroulements de
compensation parcourus par le courant induit et
placés en alternance avec les pôles inducteurs
(bobiné au stator et en série avec l’induit).
Lignes de champ de la réaction magnétique d’induit.
Ligne neutre

Ligne de champ de la compensation magnétique d’induit.
II.9) Pôles de commutation
Quand un système passe sous la ligne neutre, le courant qui le traverse s’inverse grâce au système balais
+ collecteur. C’est le phénomène de commutation. Dans la spire, la fem induite s’oppose au changement brusque
du courant et un arc électrique peut apparaître entre le balai et la lame du collecteur. Pour éviter ce phénomène
qui risque de détériorer les balais et le collecteur, on bobine des pôles auxiliaires dit de commutation sur le
stator, ils sont branchés en série avec l’induit.
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III) Les différentes méthodes d'étude:
III.1) Méthode directe:

Pu
Pa
On détermine directement la puissance mécanique à l’aide d’un frein.
Exemple : Utilisation d’une « dynamo-balance » :
III.2) Méthode des pertes séparées:
III.2.1) Bilan des pertes :
III.2.1.1) Pertes Joule induit et inducteur :
Résistances déterminées à chaud par la méthode volt-ampèremétrique.
PJinduit =RI2 avec R résistance induit et I courant induit.
PJinducteur =r.(iex) 2 avec r résistance induit et iex courant inducteur.
III.2.1.2) Pertes fer (hystérésis et courant de Foucault)
Les pertes Fer
La masse de fer du rotor est aimantée par influence. Au cours de la rotation, l’aimantation se renverse à
chaque demi-tour. Il ya des pertes d’énergie qui dépendent de Bmax et du nombre de cycles par seconde
donc de n.
PH  k H  f  Bm2 en W.kg-1
avec f=pn ; Bm=valeur maximale deB; kH= coefficient dépendant du matériau (tôles ordinaires :kH=0,05 ).
Les pertes par courant de Foucault
Rotor en mouvement dans un champ magnétique : création de courants induits dans le rotor. Ces courant
échauffent la masse métallique et s’opposent à la cause qui les engendre (rotation).
On réduit l’intensité de ces courants en augmentant la résistance du chemin qu’ils empruntent : tôles
feuilletées isolées par du vernis.
PF  k F  f 2  Bm2 en W.kg-1
f=pn; Bm=valeur maximale deB; kF= coefficient lié à la nature et à la masse du matériau utilisé.
III.2.1.3) Pertes mécaniques :
Dues aux frottements ou à la ventilation.
Frottements dus aux contacts des balais sur le collecteur. P froot=A.n
Ventilation due à l’entraînement d’air quand l’induit tourne : Pvent=B.n2.
III.2.2) Détermination des pertes « collectives » par un essai à vide :
En moteur à excitation indépendante. Les pertes seront les mêmes qu’en charge à condition qu’on ait le même
flux par pôle et la même vitesse (même fem).
Mesure de Uv et Iv
Pcoll  p fer  pmeca  Uv I v  RI v2  Pv  RI v2  Ev I v  Uv I v
III.2.3) Rendement :
Calculé à partir de la puissance électrique et des pertes.
Moteur excitation indépendante :

Pa  Pj  Pc
Pa
Génératrice : 

Pu
P u  Pj  Pc
III.2.4) Séparation des pertes :
Les pertes fer dépendent de B2 et n.
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Les pertes mécaniques dépendent de n.
Lors de l’essai à vide, on relève pC en fonction de U2 à n=cte.
Les pertes mécaniques seront donc constantes alors que les pertes magnétiques varieront avec U 2 (B2).
Remarques :
Le rendement d’une machine est maximal quand les pertes « constantes » (indépendantes de I2 : Pc) sont
égales aux pertes « variables » (proportionnelles à I2).
Il ne faut pas utiliser une machine de trop forte puissance par rapport à la charge à entraîner car le rendement
est moins bon.
Avec cette méthode, on oublie des pertes. Le rendement est un rendement approché. L’erreur de mesure
intervient seulement sur la mesure des pertes (petite puissance) donc celle-ci est plus faible.
III.3) Méthode d'opposition:
Détermination du rendement de l'induit par deux méthodes
Si on dispose de deux machines identiques, on fait fonctionner l’une en moteur et l’autre en génératrice. Le
moteur entraîne la génératrice qui alimente le moteur. On fait fonctionner le groupe en pleine charge. La
puissance fournie correspond aux pertes du groupe.
III.3.1) Méthode de Rayleigh-Kapp :
la puissance fournie aux deux machines est électrique.
Les deux machines sont accouplées et reliées au réseau.
Io
U
M
G
III.3.2) Méthode d’Hopkinson :
la puissance fournie aux deux machines est mécanique et fournie par un moteur de rendement connu.
I
i
U
u
Sommaire
m
M
G
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IV) Moteur à excitation indépendante :
IV.1) Bilan des puissances
Pertes Joules
Induit : RI2
Pertes fer
Puissance
absorbée
Pertes
mécaniques
Induit : U.I
Inducteur : ueie
Puissance
électrique
EI = Tem
Puissance
Mécanique
Tu 
Pertes Joules
Inducteur : reie2=ueie
La puissance absorbée l’est par l’induit et l’inducteur
- Pinduit  U  I
- Pinducteur  ue  ie  re  ie qui est nulle en cas de moteur à aimant permanent
2
Donc
Pabs  ue  ie  U  I
Les pertes sont
- les pertes Joules dans l’inducteur : Pinducteur  ue  ie  re  ie
2
- le perte Joules dans l’induit avec R résistance d’induit : PJ  R  I
2
- les pertes fer dépendent de la tension. Pfer
Pertes par hysteresis PH  k H  f  Bm en W.kg-1
2
Pertes par courants de Foucault PF  k F  f  Bm en W.kg-1
2
2
- pertes mécaniques qui dépendent de la vitesse.
Pmeca  A  B    C   2  ...
La puissance mécanique est donc Pméca  Tu    U  I  PJ  Pfer  pmeca 
Pem
 Pfer  pmeca
E  I U  I  PJ
Le rendement est donc

U  I  PJ  Pfer  pmeca
Pu
P
Tu  
 méca 

Pa Pélec abs U  I  U exc  I exc
U  I  U exc  I exc
- essai à vide sous la tension nominale pour déterminer Pfer + pertes
PV = U.IV = PJV+Pfer + pertesméca=RIV2+ Pfer + pertesméca.
les pertes Joule à vide sont négligeables donc
PV =U.IV  Pfer + pertesméca =Pc pertes collectives
méca
- Tu = Tem - T pertes fer et mécanique
IV.2) Caractéristiques
n=f(U) à couple constant
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Excitation Séparée à U=cte
Cem
Cem
Cem=kI
 U  k  
Cem  k  

R


Cu = kI - Cp
U 1 < U2
-Cp

I
On parle de caractéristique « shunt » si la vitesse varie peu avec la charge.
On parle de caractéristique « série » si la vitesse varie beaucoup avec la charge.
Moteur série:couple important avec I plus faible mais variation de vitesse importante.
Si la variation de vitesse n’est pas gênante (traction, levage)  caractéristique série.
Si elle est gênantecaractéristique shunt.(tours, raboteuse, fraiseuse) .
IV.3) Point de fonctionnement
Régime statique et régime dynamique
IV.4) Conduite en vitesse des MCC
a) démarrage :
Pour se mettre en rotation le couple moteur doit être supérieur au couple résistant.
Donc le couple résistant impose le courant de démarrage : Cem = C r = KId.
Comme au démarrage =0 donc E=K=0 donc U = Ed+RId = RId
Donc
Tr
U
 I d   1, 2  I n
K
R
b) variation de vitesse :
La vitesse est donnée par  
U  RI
donc trois possibilités s’offrent
K  (ie )
pour faire varier la vitesse
réglage rhéostatique
réglage par la tension

U  RI
K (ie )
réglage par le flux
c) freinage:
freinage rhéostatique (l’induit débite dans un rhéostat)
freinage par inversion du sens de rotation sans inverser le couple moteur
freinage par récupération (avec un convertisseur réversible en courant)
d) inversion du sens de marche:
Par inversion de la tension dans l’inducteur ou l’induit
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IV.5) Marche en 4 quadrants
vitesse
Q2
Q1
C h arge e ntraîna nte
u niqu emen t au
ra le n tis s eme nt
couple
freinage en montée
montée normale
couple
C har ge entr aînante
en mar c he per manente
et au r alentis s ement
Démarrage en descente
Descente normale
Q3
Q4
vitesse
Ce
m
-Un
In
Quadrant 2
Quadrant 1
Fonctionnement en
génératrice arrière
Fonctionnement en
moteur avant
I
+
U
I
Cem 
+
G
U
+
M
+

Quadrant 4
Fonctionnement en
moteur arrière
U
Pour passer des quadrants
Q1Q4 ou Q2Q3 le
dispositif d’alimentation
devra être réversible en
courant.
Cem 
M
Quadrant 3
I
+
Conclusion
Un
Pour passer des quadrants
Q1Q2 ou Q3Q4 le
dispositif d’alimentation
devra être réversible en
tension.
Fonctionnement en
génératrice avant
I
Cem 
+
U
+
Cem 
+
G
-In
IV.6) Equations de la MCC
L
R
Ri (t )
E  KE  
L
i (t ) 
di(t )
dt
Cem (t )
KC
uM(t)
Fonctionnement en moteur
Relations temporelles
Loi des mailes
Sommaire
En passant par la notation laplacienne
di (t )
uM (t )  E (t )  Ri (t )  L
dt
U M ( p)  E ( p)   R  L  p   I ( p )
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d (t )
 Cem (t )  Cr (t )
dt
E (t )  K E (t ) et Cem (t )  KC  i(t )
Relation de la dynamique
Loi de la MCC
J  p ( p)  Cem ( p)  Cr ( p)
J
E ( p)  K E  ( p)
et
Cem ( p)  KC  I ( p)
Cr(p)
U(p)
(p)
1
R  L p
Im(p)
Cem(p)
(p)
KC(p)
1
Jp
KE
E(p)
IV.7) Régimes transitoires
V) Moteur à excitation série :
V.1) .Schéma électrique équivalent
Remarque : Lorsqu'on étudie un moteur à excitation série, on suppose dans la plupart
des cas que le circuit magnétique est non saturé; alors,  est proportionnel à I.
Représenter le schéma du modèle équivalent du moteur.
r
I
U
R
E
V.1) .Schéma électrique équivalent
Si on suppose  = k.I : E = K = KkI = K’I
De plus,Tém = KI = KkII = K’I2
A retenir : si le circuit magnétique d'un moteur à CC à excitation série est non saturé, alors
E = K’I
et
Tém = K’I 2
E est proportionnel à l’intensité de l’induit si  = cte
Tém est proportionnel à l’intensité de l’induit au carré
V.2) Bilan des puissances
Puissance absorbée, puissance utile , pertes et rendement
Pertes Joules
Induit : RI2+rI2
Pertes fer
Pertes
mécaniques
Puissance
absorbée
Induit : U.I
Puissance
électrique
EI = Tem
Uinduit= (Rinduit +Rexcitation )I +E
Tem =K..I et k’I donc Tem  k’’I2
Sommaire
et Tu
Puissance
Mécanique
Tu 
= Tem - T pertes fer et mécanique
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V.3) Caractéristiques
n=f(I) , T=f(I) et T=f(n) à U constant et n=f(U) à couple constant
Excitation Série à U=cte
Cem
Cem
Cem=kI²
Cem
 U 
 kI  k 

 R  k 
2
2
Cu = kI²- Cp
U1 < U2
-Cp
I
Cu = kI²- Cp

Moteur série: couple important avec I plus faible mais variation de vitesse importante.
Si la variation de vitesse n’est pas gênante (traction, levage)  caractéristique série.
Si elle est gênantecaractéristique shunt.(tours, raboteuse, fraiseuse) .
VI) Alimentation des moteurs à courant continu :
VI.1) Alimentation de l’inducteur en Excitation Indépendante :
Montage redresseur à diodes ; lissage du courant inducteur
VI.2) Comment alimenter l’induit ?
Variation de la vitesse ; lissage du courant d’induit ; un, deux ou quatre quadrants
VI.3) Alimentation de l’induit par redresseur commandé :
Montages P3, PD3 ; Pont mixte ou pont « tout thyristor »
VI.4) Alimentation de l’induit par Hacheur
Hacheur série , hacheur parallèle, hacheur en ½ pont et hacheur en pont
VI.1) Groupe Ward Leonard
Le groupe Ward-Léonard représente l'ancienne génération des treuils d'ascenseur à traction à câbles. Ce
système permettait de faire varier la vitesse d'un moteur à courant continu à excitation indépendante en
réglant la tension de l'induit par l'intermédiaire d'une génératrice à courant continu dont on faisait varier
l'excitation; la génératrice étant entraînée mécaniquement par un moteur à courant alternatif classique.
Pour une faible variation du courant d'excitation de la génératrice, il était possible de maîtriser des puissances
énormes de moteurs à courant continu dans une plage de variation de vitesse très étendue.
Sommaire
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