convertir l`energie machines a courant continu

LYCEE JACQUES PREVERT Sciences de l’ingénieur
COURS BAC S SI – CONVERTIR L’ENERGIE – MACHINES A COURANT CONTINU Fabrice DESCHAMPS
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CONVERTIR L’ENERGIE
MACHINES A COURANT CONTINU
Les machines à courant continu sont réversibles.
Elles peuvent devenir génératrices ou moteur.
Les machines à courant continu font partie de la famille des actionneurs (éléments
qui produisent une action).
Ceux-ci transforment une énergie mécanique en une énergie électrique créant ainsi
un courant continu ou transforment une énergie électrique en une énergie
mécanique créant un mouvement de rotation.
Les moteurs à courant continu sont employés dans les domaines de la traction, du
levage et du positionnement pour les fortes puissances.
Il est également employé, lorsqu’un système utilise une source d’énergie
autonome(pile ou batterie).
Les moteurs de faible puissance et les micromoteurs à courant continu sont souvent
utilisés dans ce cas.
CONVERTIR
L’ENERGIE
Energie
électrique
Energie
mécanique
CONVERTIR
L’ENERGIE
Energie
mécanique
Energie
électrique
GENERATRICE
MOTEUR
Moteur forte puissance
à courant continu
Moteur faible puissance
à courant continu
Micromoteur
à courant continu

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SYMBOLE
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT
Fonctionnement en génératrice
Le moteur à courant continu est composé de 2 parties :
- La partie fixe : l’inducteur (le stator)
- La partie tournante : l’induit (le rotor)
Si l’on considère le conducteur 1 placé sur l’induit qui tourne, ce conducteur coupe
les lignes de champ, il est alors le siège d’une force électromotrice (f.è.m) dont le
sens est donné par la règle des trois doigts de la main gauche.
Si l’on considère la spire formée par le conducteur (1) et le conducteur (2)
diamétralement opposés, les deux forces électromotrices s’ajoutent, on peut fermer
le circuit. On a réalisé un générateur de courant.
Schéma de principe
Valeur de la f.é.m
Elle est donnée par la relation d’électrotechnique :
La force électromotrice E est la tension produite par le rotor ( l'induit ) lors de sa
rotation dans le flux magnétique produit par la partie fixe ( l'inducteur ).
Elle dépend des éléments de construction de la machine.
Main gauche générateur
M
Moteur à courant
continu à aimant
permanent
M
Moteur à courant
continu excitation
à électroaimant
P : nb de paire de pôles de l'induit
N : nb de conducteurs de l'induit
a : nb de paires de voies d'enroulement
n : fréquence de rotation (t/s)
Ø : flux en Webers (Wb)
E =
N n Ø
p
a

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Réversibilité
Si on fait passer un courant dans la spire, en présence du flux inducteur, une force
agit sur les conducteurs et fait tourner l’induit.
On a réalisé ainsi un moteur à courant continu. La machine à courant continu
fonctionne aussi bien en génératrice quand elle est entraînée, qu’en moteur quand
elle est alimentée en courant continu : c’est la réversibilité.
RELATIONS D’ELECTROTECHNIQUE RELATIVES AU MOTEUR
Schéma équivalent d’un moteur à courant continu
Loi d’Ohm
Un moteur en rotation présente une force contre-électromotrice, la loi d’Ohm
s’applique alors selon le schéma :
Vitesse de rotation
A l’aide des relations précédentes, on peut écrire :
U = E’ + R I
U = Tension du réseau en volts ( V )
R = Résistance interne en ohms ( Ω )
I = Courant absorbé en ampères ( A)
N = Nombre de conducteurs
Ø = flux inducteur en Webers ( Wb )
n =
r
E
+
_
E’ : force contre électromotrice (V)
U : tension d'alimentation d'induit (V)
R : résistance de l'induit ( Ω )
I : courant circulant dans l'induit (A)
R : résistance de l'induit ( Ω )
E
Inducteur ( stator )
r xI
E’
U
r
I
E’= U – R I
Induit ( Rotor)
u
OU
U – R I
N Ø
A partir du schéma équivalent, on peut écrire :

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Le moteur courant continu transforme l’énergie électrique apportée par le courant
continu, en énergie mécanique.
Puissance
Puissance absorbée au réseau.
Couple moteur
C’est le couple mesuré sur l’arbre. On applique la relation de la mécanique :
Rendement
Le moteur à courant continu comme toutes les machines électromagnétiques
concède des pertes lors de son fonctionnement.
Les pertes comprennent : Les pertes joules, les pertes fer et les pertes mécaniques.
P = C.ω
P = Puissance mécanique en watts (W)
C = Couple moteur en mètres Newtons (mN)
ω = Vitesse angulaire en radians par seconde (rad/s)
ω = 2.π.n
n = vitesse de rotation en tr/s
Pa = U .I
Grandeur de sortie
Puissance utile (Pu)
Puissance
mécanique
Pu = T
Puissance absorbée
(Pa)
Puissance électrique
Pa = UI3
cos 
Pertes
Joules
Pertes
fer
Pertes
mécanique
s
Grandeur d’entrée
C’est la totalité de la
puissance prise au
réseau
Pa = U.I
P = C.ω
η =
Le rendement est le rapport de la
puissance utile sur la puissance
absorbée.
Pa
Pu

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Le courant est proportionnel au couple :
La constante K représente les éléments de construction du moteur.
La constante K est appelée constante de la machine.
La formule du couple devient :
CONSTITUTION
Organes magnétiques
Ils servent à produire le champ magnétique et à le canaliser.
Ce sont :
- Le stator avec ses pôles inducteurs (bobinés ou à aimant permanent).
- L’induit fixé sur l’arbre, c’est la partie tournante du circuit magnétique.
Organes électriques
Ils sont le siège de la f.é.m. et assurent la liaison avec le circuit extérieur.
Ce sont :
- Les conducteurs ou faisceaux logés dans les encoches de l’induit.
- Le collecteur à lames assure la liaison entre les conducteurs tournants du rotor
et le circuit extérieur fixe. Il est en cuivre.
- Les balais pour alimenter les enroulements de l’induit, assurent un contact
glissant entre le collecteur entraîné en rotation et les conducteurs allant à la
plaque à bornes. Ils sont à base de graphite pour éviter l’usure du collecteur.
- Le bobinage inducteur pour créer le flux (moteur à inducteur bobiné).
Organes mécaniques
Ils permettent de fixer les organes magnétiques et électriques les uns par rapport aux
autres.
Ce sont :
- Le stator et l’anneau de manutention avec pattes de fixation.
- L’arbre, les roulements pour la rotation et la turbine de ventilation.
- Les flasques qui ferment le moteur à chaque extrémité et supporte l’axe ,
assurant le centrage de l’induit par rapport à l’inducteur.
C = K.Ø.I
Ø = Flux inducteur en Webers ( Wb )
I = Courant absorbé en ampères ( I )
C = Couple moteur en mètres Newtons (mN)