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Composant : Le Moteur à courant continu MCC TS Sommaire • • • • • • • • • • • • MCC Fonctionnel Fonctionnement Description interne Mécanique... Les relations L’excitation Bilan de puissance Caractéristiques Exemple de MCC Moteur / Génératrice Commande Commande par pont TS Fonctionnel 4 0 - 8 12 16 + 0 GND 4 8 - Energie Electrique MCC 12 16 + CONVERTION ELECTRIQUE MECANIQUE Rotation TS Fonctionnel 4 0 - 8 12 16 + 0 GND 4 8 - Energie Electrique MCC 12 16 + MCC 12 V CONVERTION ELECTRIQUE MECANIQUE Rotation TS Fonctionnement N S MCC TS Fonctionnement N S MCC TS Fonctionnement F I N S F Alimentation MCC TS Fonctionnement F I N S F Alimentation MCC TS Fonctionnement F I N S F Frottement entre balais et collecteur MCC Alimentation TS Fonctionnement N I F F Frottement entre balais et collecteur MCC S Alimentation TS Description interne Enroulements d’induit Stator Enroulements d’inducteur N S Si le moteur est à aimant permanent, ces enroulements n’existent pas. Stator Rotor MCC TS Description interne N MCC S N S TS Description interne MCC TS Description interne Parties tournantes : MCC TS Mécanique... Vitesse de rotation : 2 π W (rd/s) = n (tr/mn) 60 Moments de force : A l’équilibre, M1 = M2 |F1| = |F2| OB' OA' B F2 A F1 A’ Puissance : MCC O B’ Putile (en Watt) = T (en N.m) W (rd/s) TS Les relations fem : Vitesse E = K W E (V) Flux Couple : T=KI D’où : TW=EI Si flux constant : K = K E = K W T = K I MCC TS Les relations L Côté électrique : U I R E F I N S F MCC Alimentation TS Les relations I Côté électrique : L U u(t) = di(t) e(t) + R.i(t) + L dt Côté mécanique : d Ω(t) J = T(t) dt T(t) = T (t) - T (t) M MCC R E W J T R TS Les relations En régime permanent : d =0 dt MCC TS Les relations I Côté électrique : U = E + R.I Uconstant E Wconstant Côté mécanique : d Ω(t) J = 0 = T(t) dt TM(t) = TR(t) MCC R J T TS L’excitation Soit à aimant permanent Flux constant : K = K E = K W N S T = K I Soit à excitation indépendante : Flux constant si Ie constant : K = K E = K W T = K I Soit à excitation série : r R U Inducteur I T=K E Induit MCC E = K (I) W (I) I U = (r + R) I + E TS Bilan de puissance R.I² Pm et Pf U.I Induit Ue.Ie Inducteur Puissance à fournir MCC EI Tu.W Puissance électromagnétique utile Puissance utile EI Pu Pje h= Tu . Ω Putile = Pfournie Pje + UI TS Caractéristiques W W0 A vide Wn En charge W = f(I) I0 I Pour un fonctionnement à vide : Le courant à vide La vitesse à vide In T Td Point de fonctionnement T = f(W) Au démarrage Moteur Tr,constant Charge Tp MCC Pour le fonctionnement nominal (en charge nominale) : La tension nominale d’alimentation La vitesse nominale Wn Le couple nominal Le courant nominal Wp W0 W Pour le démarrage : Le couple minimal de démarrage Le courant maximal supportable Ils précisent aussi : La résistance d’induit La valeur de l’inductance d’induit Le moment d’inertie du rotor La constante de couple (K) TS Exemple de MCC (mV/tr/mn) MCC Résistance du rotor Inductance du rotor Moment d’inertie Constante de temps mécanique Force radiale max. Tension maximale Couple maximale Courant maximal Vitesse maximale 16 W 16 mH 9 gcm2 34 ms 25,6 W 27 mH 9 gcm2 34 ms 2,5 N 8V 2 mNm 150 mA 4200 tr/mn 2,5 N 14 V 2 mNm 120 mA 4200 tr/mn 2 5,6 MK72 360 7,5 V 3200 tr/mn 2400 tr/mn 4,4 mNm 1,3 mNm 27 mA 69 à 98 mA 1,91 à 2,45 22 MK72 320 5,5 V 3000 tr/mn 2400 tr/mn 4,1 mNm 1 mNm 34 mA 71à 100 mA 1,53 à 1,98 27 Type de Moteur Tension nominale Vitesse à vide Vitesse en charge nom. Couple de démarrage min. Couple minimal Courant à vide maximal Courant en charge Tension induite (fem/tr/mn) TS Exemple de MCC Type de Moteur Tension nominale Vitesse à vide Vitesse en charge nom. Couple de démarrage min. Couple minimal Courant à vide maximal Courant en charge Tension induite (fem/tr/mn) (mV/tr/mn) Résistance du rotor Inductance du rotor Moment d’inertie Constante de temps mécanique Force radiale max. Tension maximale Couple maximale Courant maximal Vitesse maximale MCC I MK72 320 5,5 V 3000 tr/mn 2400 tr/mn 4,1 mNm 1 mNm 34 mA 71à 100 mA 1,53 à 1,98 MK72 360 7,5 V 3200 tr/mn 2400 tr/mn 4,4 mNm 1,3 mNm 27 mA 69 à 98 mA 1,91 à 2,45 16 W 16 mH 9 gcm2 34 ms 25,6 W 27 mH 9 gcm2 34 ms 2,5 N 8V 2 mNm 150 mA 4200 tr/mn 2,5 N 14 V 2 mNm Tp 120 mA 4200 tr/mn L U W0 WN R E W I T I0 IN J Tr, Wp W0 W TS Moteur / Génératrice T = K.I T>0 U< 0 I W = K.E W<0 U> 0 Quadrant 4 : Quadrant 1 : Fonctionnement Fonctionnement génératrice moteur Quadrant 3 : Quadrant 2 : Fonctionnement Fonctionnement moteur génératrice U< 0 I MCC I W = K.E W>0 U> 0 T = K.I T<0 I TS Commande Idée Valim Solution M M Valim Ve MCC Rb TS Commande Ve Valim t IM M IM t Rb 100 V Vce Vce Ve t MCC TS Commande Solution Ve IM Valim t IM t M Vce t Id Rb Id MCC t Vce Ve TS Commande Ve UM t Valim T t0 UM Valim - VCEsat VF MCC M Rb Ve TS Commande Ve t Valim Valim VM T t0 M UM E = <UM> + <UR> + <UL> E <UM> E = Valim.t0 / T E = Valim. E UM M Rb Ve On peut faire donc faire varier la vitesse du moteur (W = E/ K ) en faisant varier le rapport cyclique MCC TS Commande ! Ve Valim t M IC Vérifier t Rb Vce t IC Vce Ve Puissance, Température MCC TS Commande M Comment inverser le sens de rotation ? Tourner le moteur ! Valim M Rb IC Vce Ve Problème : Obligation de modifier le montage MCC TS Commande par pont Vcc M E I T = K.I T > 0 Quadrant 1 : W = K.E Fonctionnement W<0 moteur Quadrant 3 : Fonctionnement I moteur MCC E W = K.E W>0 T = K.I T<0 TS Commande par pont Vcc UM I M E I T = K.I T > 0 Quadrant 1 : W = K.E Fonctionnement W<0 moteur Quadrant 3 : Fonctionnement I moteur MCC E W = K.E W>0 T = K.I T<0 TS Commande par pont Vcc UM I M E I T = K.I T > 0 Quadrant 1 : W = K.E Fonctionnement W<0 moteur Quadrant 3 : Fonctionnement I moteur MCC E W = K.E W>0 T = K.I T<0 TS Commande par pont Réalisation Vcc M MCC TS Commande par pont Vcc UM I MCC M TS Commande par pont Vcc UM I MCC M TS Commande par pont Mesure du courant : Vcc Rm.IMIM Umax M Rm.IM MCC Mise Comparaison à l’arrêt du Rm.IM moteur siRm.I Rm.I > >Umax Umax? Mesure MM de courant TS Commande par pont Composant de commande Vcc C R 22 kW 47 nF 7 L 292 9 Rs1 5 3 OTA _ Rs2 2 14 + _ Ve 6 + ALI 1 + VR=8V Ref. _ ALI 2 T3 Comp. + 1 M 15 T2 T4 Oscill. 11 RO 15 kW MCC T1 _ 10 8 CO 1,5 nF TS
