Moteur à courant continu

Définitions de base
Vitesse de base
C'est la vitesse nominale du moteur
obtenue pour la charge nominale,
la tension d'induit nominale,
l'excitation nominale,
à la température de service normale.
Les valeurs nominales sont notées sur la plaque
signalétique
Conception d'ensemble
STATOR
La carcasse, les pôles principaux et les pôles
de commutation sont entièrement feuilletés.
Les composants du stator sont soudés ensemble dans un bâti de fixation qui aligne et
presse les tôles ensemble en une unité monobloc.
Conception d'ensemble
INDUIT (Rotor)
Le noyau d'induit est constitué de disques en tôles électromagnétiques isolées.
L'enroulement d'induit est en cuivre isolé verni. Les bobinages de cuivre sont placés
dans l'isolant des encoches.
Principe de fonctionnement
Un moteur à courant continu comporte deux parties :
le stator, partie fixe, constitué par un aimant ou un électroaimant appelé également
inducteur qui crée un champ magnétique dirigé vers l'axe du rotor.
Le rotor, partie mobile, appelé également induit, constitué par un cylindre d'acier doux
à la périphérie duquel sont disposés des conducteurs reliés aux lames du collecteur sur
lesquelles frottent deux charbons, ou balais, qui assurent la liaison avec les bornes du
moteur.
Principe de fonctionnement
Lorsque les conducteurs sont parcourus par un courant, ils sont soumis à des forces F1
et F2 qui tendent à faire tourner le rotor. Le collecteur permet d'inverser le sens du
courant dans les conducteurs lorsque ceux-ci passent le plan vertical. Ainsi le sens du
couple des forces F1 et F2 et donc le sens de rotation du moteur est conservé.
Les bobinages d'induit
Le collecteur est constitué de bagues conductrices où frottent 2 balais appelés charbon.
L'induit se comporte comme une seule et même bobine lorsqu'il est alimenté par les
balais.
Il est souhaitable d'avoir un grand nombre de bobines, cela permet :
• un couple plus régulier,
• un effet inductif entre 2 bobines plus faible donc des étincelles plus faibles.
Balais
Balais
Balais
Balais
Symboles et câblage
*
Symbole général
M
Moteur courant continu
M
Moteur courant continu à aimant permanent
Définitions
Cm : couple moteur (Nm)
Km : constante de fabrication
Im : courant moteur (A)
E : force électromotrice (fem)
 : vitesse angulaire en rad.s-1
N : vitesse de rotation en tr.min-1
Relation mécanique
Im
Cm = Km . Im
M
Um
Relations du moteur à courant continu à aimant permanent
Modèle équivalent :
Le moteur à courant continu à aimant permanent est équivalent à une force
électromotrice en série avec une résistance interne : R induit
M
Im
M
Um
Im
fem
Rinduit
E
RIm
E = Ke . 
Um
Um = R.Im + E
Force électromotrice fem ou fcem
La force électromotrice ou force contre électromotrice (fem ou fcem) d'un moteur à
courant continu à aimant permanent est proportionnelle à la vitesse de rotation.
En particulier, si la vitesse est nulle, la fem est nulle aussi.
Im
E = Ke . 
(avec Ke en V/rad.s-1)
E
RIm
ou
E = Ke . N
fem
Rinduit
Um
(avec Ke en V/tr.min-1)
! Attention à l’unité de Ke !
Bilan des puissances
Expression des puissances lorsque
la tension aux bornes du moteur et
l'intensité qui le traverse sont
variables au cours du temps.
Puissance absorbée
Pa = Um × Im
Pertes joule : Pj = R × Ieff²
Puissance électrique
Pe = E × Im (Puissance électrique transmise à la partie tournante)
Puissance utile
Pu = Cm × 
C'est la puissance mécanique fournie par le moteur pour entraîner la charge.
donc nulle en fonctionnement à vide.
Pertes constantes
Pc Ces pertes sont la somme des pertes mécaniques et magnétiques.
Elles sont constantes à une vitesse donnée et peuvent se déterminer à vide.
Rendement h = Pu / Pa
Elle est
Caractéristique électrique
Couple en fonction du courant
Le couple est proportionnel au courant moteur
Cm
Couple
Gn
Cn
G (Nm)
Cm=k.Im
Gn couple nominal
Un
I0
I0 Courant minimum
In
In
IIm
induit
(A) (A)
In Courant nominal
Nominal : se dit d’une performance annoncée par le fabricant.
Caractéristique électrique
Vitesse en fonction de la tension moteur
La vitesse est proportionnelle à la tension d’induit
E = ke.
N(tr.min
n(min-1-1))
n0 Vitesse à vide
Nn0
0
nn
Nn
nn Vitesse nominale
co
(
I0
nt
a
ur
co
(
In
à
e
vi d
an
r
u
)
o
tn
U0
U0 tension minimum avec couple nominal
m
ina
l)
Un
Um(V)
U
induit (V)
Un tension nominale