MACHINE A COURANT CONTINU ( Comportement énergétique )

ROUX Jean-Marc
Sciences de l’Ingénieur
Lycée THIERS
MACHINE A COURANT CONTINU
( Comportement énergétique )
Niveau : Terminale S SI
Type : Cours
Durée : 2 h
Chapitre : C.1 La chaîne d’énergie.
Compétences attendues :
- Analyser et déterminer les modes de fonctionnement en déduire le sens de circulation
du flux d’énergie.
Savoirs et savoir-faire associés : ( C.122 Conversion électromécanique d’énergie)
- Principe physique utilisé dans les actionneurs électriques.
Niveau d’acquisition : 2 ( expression )
Objectifs intermédiaires:
- Identifier les flux d’énergie, leur nature et leurs caractéristique dans les M.C.C.
Acquis préalables : Notion d’électromagnétisme ( Flux, force électromotrice, Force de
Laplace, règles du « tire-bouchon » ).
Connaissances nouvelles :
- Principe et caractéristiques des machines à courant continu à flux constant.
INTRODUCTION
Utilisables en moteurs ou en génératrices , les MCC sont principalement utilisés :
- pour les asservissements ( facilité de la commande en vitesse , freinage en fonctionnement
génératrice ) .
- en capteur de vitesse ( dynamo tachymétrique ) .
I PRINCIPE ( Etude simplifiée )
1°) Structure :
* Le stator ( partie statique ) est l 'inducteur, il est :
- à aimant permanent
- ou à bobinage ( alimenté en courant continu )
* Le rotor ( partie en rotation ) est l’induit, il est constitué par des "sections" reliées à
des "collecteurs" en contact avec des balais et est alimenté en courant continu :
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Collecteur ( simplifié à 2 sections pour la compréhension ) :
2°) Fonctionnement en moteur ( simplifié )
B
Force de Laplace sur le conducteur du rotor : F = I .l ! B ( l =longueur du conducteur )
=> le rotor tourne de 90°
=> la 2eme section a pris la place de la 1ere
etc ...
En inversant la tension ( donc le sens du courant ) on inverse le sens de rotation .
3°) Fonctionnement génératrice :
Les sections entraînées mécaniquement tournent dans le champ magnétique du stator.
=> Création d 'une f.e.m. dans les sections collectées ( au collecteur ) par les balais .
Ev = KnΦ
n = vitesse rotorique
Φ = Flux statorique
En effet dans une spire, la f.e.m. est fonction de la vitesse et du flux car
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E = - dΦ/dt
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En charge : r = résistance d ' induit
U=E-rI
Théoriquement : self en série avec r car rotor « self-inducteur » ( influence sur les régimes
transitoires ) Mais en pratique « induction » compensée ( hors programme ) => L très petite.
II CARACTERISTIQUES MOTEUR ( A FLUX CONSTANT )
1°) Relation électrique :
En fonctionnement moteur la rotation du rotor crée une f.e.m. ( comme en génératrice )
E = KnΦ
=>
en régime établi :U = E + rI
=> Pointe de courant au démarrage car E = 0
2°) Puissances
Puissance fournie:
P = UI = ( E + rI ) I = EI + rI2
=> EI = Puissance disponible
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rI2 = pertes joules rotor
=>
CΩ = EI
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3°) Caractéristique couple / courant
CΩ = EI
=>
C = EI / Ω
avec E = KnΦ et Ω = 2π n ( n en tr/s )
=>
C = KnΦ . Ι / 2π n
=>
C=(
K ."
). I
2.!
A flux constant , le couple est proportionnel au courant
4°) Relation vitesse / tension
U = rI + E = rI + KnΦ
=>
n = ( U - rI ) / KΦ
=> Pour un courant ( ou couple ) constant :
La tension permet de fixer la vitesse
=> Intérêt des MCC dans les asservissements .
III FONCTIONNEMENT DANS LES 4 QUADRANTS ( à flux constant )
Le couple C étant proportionnel à I, la caractéristique n = f ( I ) précédente est équivalente
( en inversant les axes ) à :
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Remarques: - On peut prolonger les droites : couple négatif dû à une charge entraînante .
- On peut symétriser ( autre sens de rotation )
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