Question 1 - Lycée Don Bosco Marseille

BEP ET Leçon 22 Moteur à courant continu Page
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1. FONCTIONNEMENT
Stator : il est aussi appelé inducteur ou excitateur et c’est lui qui crée le champ
magnétique.
Rotor : il est aussi appelé induit. Lorsqu’il est traversé par un courant et qu’il reçoit le
champ magnétique du stator, il se met en rotation.
Collecteur et couronne porte-balais : cet ensemble permet de faire passer un courant
continu d’une partie fixe (le réseau d’alimentation) à une partie mobile (l’induit).
Arbre et les roulements : cet ensemble supporte l’induit et lui permet de tourner dans
l’espace englobé par l’inducteur.
Ventilation : elle est toujours nécessaire pour évacuer la production de chaleur émise
par le moteur.
L’usage des moteurs à courant continu est très fréquent car :
Suivant la taille du moteur, son inducteur peut être un électroaimant ou un aimant
permanent. Cette dernière solution évite l’alimentation de l’inducteur puisqu’il n’y a
pas de champ à créer.

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Les moteurs à courant continu sont réversibles. Si on les alimente en électricité ils
produisent de l’énergie mécanique. Si on les fait tourner ils produisent de l’énergie
électrique.
2. RACCORDEMENT D’UN MOTEUR A COURANT CONTINU
2.1 Moteur à excitation séparée
Propriété : ce moteur permet de régler la valeur de l’excitation (du flux magnétique)
indépendamment de l’alimentation de l’induit. Les inconvénients sont qu’il y a nécessité
d’avoir deux sources d’alimentation et que si on perd l’alimentation de l’inducteur (de
l’excitation), il y a emballement du moteur (vitesse dépassant les limites admissibles du
moteur).
2.2 Moteur à inducteur en parallèle
Propriété : ce moteur ne peut pas s’emballer mais il nécessite de construire l’inducteur
de façon à pouvoir l’alimenter sous la même différence de potentiel que l’induit. Ce moteur
peut fonctionner à vide (sans charge) et convient parfaitement aux machines-outils même
s’il est de plus en plus remplacé par le moteur à courant alternatif de type asynchrone.
Symbole
Inducteur
Induit
R
r
E
U
R.Ie
Ie
I
r.I
Symbole
Inducteur
Induit
R
r
E
U
R.Ie
Ie
I
r.I
I + Ie

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2.3 Moteur à inducteur en série
Propriété : ce moteur est idéal pour la traction et le levage car il peut démarrer avec une
charge très élevée. Par contre il ne peut pas démarrer à vide sinon il s’emballe.
3. MOTEUR À COURANT CONTINU À EXCITATION SEPARÉE
3.1 Expression de la force électromotrice
Au démarrage :
Au démarrage l’induit n’étant pas en rotation la loi d’ohm U = E – (r.I) devient U = r.Id
donc Id = U r.
Or la résistance de l’induit étant faible, le courant de démarrage sera trop grand. C’est
pour cela que l’on branche en série un rhéostat de démarrage qui sera calibré au
maximum au démarrage puis baissé jusqu’à disparaître (Rh = 0).
De la même manière si on veut faire varier l’excitation c'est-à-dire le flux magnétique donc
le courant Ie, il faut placer en série dans le circuit de l’inducteur un rhéostat.
Symbole
Inducteur
Induit
R
r
E
U
R.I
I
r.I
R
r
E
U
R.Ie
Ie
r.I
I
Rh
Ue

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En fonctionnement :
E = U - (r I)
Mais la force électromotrice d’un moteur est aussi identique à celle d’un générateur. Elle
dépend donc :
Du flux magnétique « ».
De la vitesse de rotation « n ».
Du nombre de conducteurs actifs « N » et d’un coefficient de foisonnement. C’est 2
éléments seront conjugués et remplacé par une constante « k ».
E = k n
Avec : le flux magnétique en Weber (Wb)
n : la vitesse ou fréquence de rotation en tours par seconde (tr.s-1)
k : constante.
Transformation :
n = E (k ) = E (k n)
3.2 Expression de la fréquence de rotation
Si on conjugue les deux équations précédentes [n = E (k ) et E = U - (r I)], on
trouve l’expression de la fréquence de rotation à partir de tous les éléments du circuit.
n = [U - (r I)] (k )
R
r
E
U
R.Ie
Ie
r.I
I
Ue

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Cette équation nous permet de voir comment va réagir la vitesse de rotation en fonction
des éléments que nous pouvons faire varier :
C'est-à-dire la tension de l’induit U ou le flux magnétique inducteur . Pour faire varier le
flux magnétique il faut faire varier l’intensité du courant d’excitation Ie.
1er cas
2ème cas
3 ème cas
4ème cas
U (en V)
Augmente
Diminue
Constante
Constante
Ie (en A)
Constante
Constante
Augmente
Diminue
n (en tr.s-1)
Augmente
Diminue
Diminue
Augmente
Remarque : cette équation nous montre que si on coupe accidentellement le circuit de
l’inducteur alors Ie va devenir égale à zéro donc le flux magnétique aussi et la vitesse de
rotation va tendre vers l’infini.
De la même manière cette équation nous montre que si on veut inverser le sens de
rotation il suffit d’inverser soit le circuit d’excitation soit le circuit de l’induit. Attention cette
opération doit obligatoirement se faire moteur hors tension et arrêté.
4. COUPLE ELECTROMAGNETIQUE ET COUPLE UTILE
Il est nécessaire de connaître le couple d’une machine car pour démarrer cette dernière à
besoin d’avoir son propre couple supérieur à celui de la charge qui lui est accouplée.
Le moment d’un couple se calcul par le rapport de la puissance sur la vitesse de rotation
angulaire.
T = P
Avec T : moment du couple en Newton mètre (N.m).
P : puissance en Watt (W).
: vitesse de rotation angulaire en radian par seconde (rad.s-1).
Transformation :
P = T = P T
Remarque : la vitesse de rotation angulaire se calcule à partir de la vitesse de rotation
« n » par la formule : = 2 n.