La machine à courant continu (MCC)

La machine à courant
continu (MCC)
Année 2006/2007
Induit bobiné
Inducteur
Balais
Ventilateur
Collecteur
Composition
On distingue les éléments suivants:
)
Les pôles inducteurs avec leurs enroulements (ou leurs
aimants pour des machines de très faible puissance)
placés généralement sur le stator (partie fixe).
)
L’induit, dont les différentes voies de bobinage sont
reliées au collecteur, l’ensemble est placé sur le rotor
(partie tournante).
INDUCTEUR
Deux types d ’excitation sont utilisées, soit :
- à aimants permanents. Les pertes joules sont
supprimées mais l ’excitation magnétique est fixe. Dans
les grosses machines, le coût des aimants pénalise
cette solution.
- à enroulements et pièces polaires. Le réglage de
l ’excitation rend possible le fonctionnement en
survitesse.
COLLECTEUR
Le collecteur a pour fonction d’assurer la commutation
du courant d’alimentation dans les conducteurs de
l’induit.
Il est essentiellement constitué par une
juxtaposition cylindrique de lames de cuivre séparées
par des lames isolantes. Chaque lame est reliée
électriquement au bobinage induit.
Son usure consécutive du au frottement des balais
nécessite un démontage et un ré-usinage périodiques.
De plus, il accroît de 20 à 30% la longueur totale de
la machine.
INDUIT
Le champ inducteur vu par l’induit au cours d’un
tour est variable. Il faudra feuilleter le rotor afin de
réduire les pertes fer de l’induit.
Il est donc constitué de tôles circulaires isolées
et empilées sur l’arbre de façon à obtenir le
cylindre d’induit. Ces tôles sont en acier au
silicium et isolées par vernis.
Différents types de MCC
• Moteur
à courant continu à excitation séparée
Moteur standard, ces moteurs sont utilisés lorsqu’on désire
que la vitesse reste à peu près stable lorsque la charge varie
Génératrice utilisée le plus souvent pour des mesures de
vitesses (génératrices tachymétriques)
•Moteur à aimants permanents
L’excitation est assurée par des aimants permanents
conférant à la machine un champ constant élevé.
Très utilisé en robotique.
Moteurs de petite puissance
•Moteur à excitation série
Très fort couple au démarrage, utilisé en traction électrique.
Vitesse diminue si la charge augmente
Remarques:
Les moteur universels (perceuse, aspirateur…) possède la
structure d’un moteur à excitation série mais avec un circuit
magnétique feuilleté pour diminuer les pertes.
Description et principe de fonctionnement (Moteur)
I
L’inducteur crée un champ magnétique fixe B. L’induit porte
des conducteurs parcourus par un courant continu; ces
spires soumises à des forces (dites de Laplace), entrainent
la rotation du rotor.
Il en résulte une variation du champ magnétique à travers
chaque spire .Celle ci engendre une fem qui est
« redressée » par l’ensemble « balais collecteur ».
B
F
I
U
E = K x Φ x Ω
K cste moteur
Φ en Wb , Ω en rad/s
Si l’inducteur n’est pas à « aimants permanents », l’alimentation de celui-ci aura un impact sur
le champ magnétique donc sur le flux Φ.
Si l’induit présente une fem E alors qu’il est parcouru par un courant I, il reçoit une puissance
électromagnétique :
Pem = E x I
Le rotor tourne à la vitesse angulaire Ω de sorte que cette puissance s’écrit aussi:
Pem = E x I = Cem x Ω
Ce qui nous donne aussi:
Cem = Pem/Ω = K x Φ x I
Description et principe de fonctionnement (Moteur)
Dans le cadre d’un fonctionnement moteur (fléchage U,I)
I
Iex
Tensions :
R
Uex
R.I
U
E
Si Φ cst
U = E + RI
Uex = r x Iex
Cem = K’ x I
E = K’ x Ω
K’ = K x Φ
Cu = Pu / Ω
Bilan des puissances
Pem
P=UxI
Pex = Uex x Iex
η = Pu /Pa
Pu
Pfer + Pm
Pj
=P collective = Uv x Iv
(mesurée lors d’un essai à vide)
Description et principe de fonctionnement (Générateur)
I
Iex
R
Uex
U
B
I
Char
ge
R.I
E
F
I
U
Dans le cadre d’un
fonctionnement générateur
(fléchage U,I)
Bilan des puissances
Pu
Pex
Tensions :
η = Pu /Pa
Pind
Pm
Pfer
U = E - RI
Uex = r x Iex
Caractéristiques (Excitation séparée)
Remarques
• Si l’excitation est supprimée (inducteur),
il y aura emballement du moteur en effet E = kφΩ
Si φ diminue, Ω augmente => emballement
• Si le moteur est alimenté sous Un à l’arrêt ,
il y aura flash du collecteur. Au démarrage d’une MCC sous Un, Id = U/R
>> In puisque E = 0 car Ω = 0
•=> nécessité de diminuer le courant en diminuant la tension
d’alimentation , ou en mettant en place un rhéostat de démarrage pour
limiter le courant.
• Si l’induit est bloqué,
il y aura déformation des lames et donc une usure du collecteur
(marquage local).
• A vide , le couple utile est nul : l’intensité est nulle.