Les Machines à Courant Continu

Les Machines à Courant Continu Principe Fém. Constitution Schéma Modèle Couple Equations Excitation Puissance Caract MCC sep Regl Vitesse Caract MCC Série 4 quadrants RMI

Principe élémentaire Soit un aimant permanent produisant un champ d ’excitation Be et une spire parcourue par un courant continu produisant un champ Bi. qu'observe-t-on • Principe • Fém. • Constitution • Schéma • Modèle • Couple • Equations • Excitation • Puissance • Caract MCC sep • Regl Vitesse • Caract MCC Série • 4 quadrants • RMI Réponse:

Principe élémentaire Soit un aimant permanent produisant un champ d ’excitation Be et une spire parcourue par un courant continu produisant un champ Bi. qu'observe-t-on ? Mais le mouvement reste limité à cette nouvelle position stable. Conclusion: Il faut malgré le mouvement produit, maintenir le décalage des 2 champs pour entretenir un effort d’attraction continu et ainsi produire une rotation. Comment ? -Le champ d’excitation Be doit tourner si le champ d’induit Bi tourne. • Principe • Fém. • Constitution • Schéma • Modèle • Couple • Equations • Excitation • Puissance • Caract MCC sep • Regl Vitesse • Caract MCC Série • 4 quadrants • RMI -Le champ d’induit Bi doit rester fixe si le champ d’excitation Be est fixe. Réponse: Un effort d'attraction

-Le champ d’excitation Be doit tourner si le champ d’induit Bi tourne. -Le champ d’induit Bi doit rester fixe si le champ d’excitation Be est fixe. Les deux types de machine à champs couplés Principe des machines à champ tournant par courants alternatifs. Principe des machines à champ fixe par courant continu et aiguillage de ce courant. • Principe • Fém. • Constitution • Schéma • Modèle • Couple • Equations • Excitation • Puissance • Caract MCC sep • Regl Vitesse • Caract MCC Série • 4 quadrants • RMI

Principe d ’aiguillage du courant d ’induit Dans les machines à courant continu , le stator crée un champ magnétique fixe et le rotor lui présente un champ magnétique fixe lui aussi mais les conducteurs voient alternativement un courant dans un sens puis dans l’autre les parcourir, à l’aide du collecteur. • Principe • Fém. • Constitution • Schéma • Modèle • Couple • Equations • Excitation • Puissance • Caract MCC sep • Regl Vitesse • Caract MCC Série • 4 quadrants • RMI

Principe d ’aiguillage du courant d ’induit 1 • q représente l’angle entre les axes magnétiques du champ Bi d’induit et Be de l’inducteur. • On admet que le couple électromagnétique résultant de ces deux champs en présence varie avec le sinus de l’angle q. • Principe • Fém. • Constitution • Schéma • Modèle • Couple • Equations • Excitation • Puissance • Caract MCC sep • Regl Vitesse • Caract MCC Série • 4 quadrants • RMI Faire tourner de +22,5°

Principe d ’aiguillage du courant d ’induit 1 • q représente l’angle entre les axes magnétiques du champ Bi d’induit et Be de l’inducteur. • On admet que le couple électromagnétique résultant de ces deux champs en présence varie avec le sinus de l’angle q. • Principe • Fém. • Constitution • Schéma • Modèle • Couple • Equations • Excitation • Puissance • Caract MCC sep • Regl Vitesse • Caract MCC Série • 4 quadrants • RMI Faire tourner de +22,5° Faire tourner de -22,5°

Principe d ’aiguillage du courant d ’induit • q représente l’angle entre les axes magnétiques du champ Bi d’induit et Be de l’inducteur. • On admet que le couple électromagnétique résultant de ces deux champs en présence varie avec le sinus de l’angle q. 1 • Principe • Fém. • Constitution • Schéma • Modèle • Couple • Equations • Excitation • Puissance • Caract MCC sep • Regl Vitesse • Caract MCC Série • 4 quadrants • RMI Faire tourner de +22,5° Faire tourner de -22,5°

Principe d ’aiguillage du courant d ’induit Pour aller plus loin… 1 • Principe • Fém. • Constitution • Schéma • Modèle • Couple • Equations • Excitation • Puissance • Caract MCC sep • Regl Vitesse • Caract MCC Série • 4 quadrants • RMI Faire tourner de -22,5°

Principe d ’aiguillage du courant d ’induit Pour aller plus loin… -Comment pourrait-on réduire l’ondulation du couple ? 1 • Principe • Fém. • Constitution • Schéma • Modèle • Couple • Equations • Excitation • Puissance • Caract MCC sep • Regl Vitesse • Caract MCC Série • 4 quadrants • RMI -Quel est l’influence de la position des balais sur le fonctionnement ?

Force électromotrice: Fém. Chaque conducteur est soumis à une variation de flux: la loi de Faraday nous indique qu’une tension induite apparait proportionnelle au flux coupé et à la vitesse à laquelle on coupe ce flux Champ dans l’entrefer Tension induite dans chaque conducteur • Principe • Fém. • Constitution • Schéma • Modèle • Couple • Equations • Excitation • Puissance • Caract MCC sep • Regl Vitesse • Caract MCC Série • 4 quadrants • RMI Pour diminuer l’intensité qui les traverse, les N conducteurs de l’induit sont répartis en 2a voies d’enroulement

Force électromotrice: Fém. p: nombre de paires de pôles A: voies d’enroulement N: nbre de conducteurs : flux magnétique (Wb) : vitesse de rotation en rad/s Donc la fem a pour expression Soit E2 = (2 /1)E1 • Principe • Fém. • Constitution • Schéma • Modèle • Couple • Equations • Excitation • Puissance • Caract MCC sep • Regl Vitesse • Caract MCC Série • 4 quadrants • RMI Phénomène de saturation du matériau ferromagnétique

Constitution Surcette vue écorchée, on peut aisément voir : · L’induit (1) avec ses encoches recevant les conducteurs en cuivre (absents ici) perforés axialement pour son refroidissement. · Le collecteur (2) et l’ensemble porte-balais/balais (3) ainsi que la trappe de visite pour la maintenance (4). · Les pôles inducteurs feuilletés (5) vissés sur l’induit. · La moto ventilation (6). · Le système de fixation par pattes (7). 6 • Principe • Fém. • Constitution • Schéma • Modèle • Couple • Equations • Excitation • Puissance • Caract MCC sep • Regl Vitesse • Caract MCC Série • 4 quadrants • RMI 5 1 2 3 7 4

Constitution • Principe • Fém. • Constitution • Schéma • Modèle • Couple • Equations • Excitation • Puissance • Caract MCC sep • Regl Vitesse • Caract MCC Série • 4 quadrants • RMI

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. Pour les grosses machines, le montage de pôles auxiliairesaméliore la commutation du courant dans les conducteurs de l ’induit. • Principe • Fém. • Constitution • Schéma • Modèle • Couple • Equations • Excitation • Puissance • Caract MCC sep • Regl Vitesse • Caract MCC Série • 4 quadrants • RMI

Vue en coupe Induit bobiné Inducteur Ventilateur Balais Boîte à bornes • Principe • Fém. • Constitution • Schéma • Modèle • Couple • Equations • Excitation • Puissance • Caract MCC sep • Regl Vitesse • Caract MCC Série • 4 quadrants • RMI Collecteur

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. Pour les grosses machines, le montage de pôles auxiliaires améliore la commutation du courant dans les conducteurs de l ’induit. • Principe • Fém. • Constitution • Schéma • Modèle • Couple • Equations • Excitation • Puissance • Caract MCC sep • Regl Vitesse • Caract MCC Série • 4 quadrants • RMI

Induit bobiné 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. Les bobines de l ’induit sont logées dans des encoches fermées par des cales. Un frettage assure la tenue aux efforts centrifuges. Les bobines sont brasées aux lames du collecteur et mises en série. On note l ’importance des têtes de bobines et du collecteur ( partie inactive )sur la longueur de la machine. • Principe • Fém. • Constitution • Schéma • Modèle • Couple • Equations • Excitation • Puissance • Caract MCC sep • Regl Vitesse • Caract MCC Série • 4 quadrants • RMI

Balais Les balais assurent la liaison électrique ( contact glissant ) entre la partie fixe et la partie tournante. Pour des machines de forte puissance, la mise en parallèle des balais est alors nécessaire. Pour des raisons d’économie, ils doivent avoir une durée de vie aussi longue que possible et assurer un bon contact électrique. Différentes technologies existent : les balais au charbon dur, les graphitiques, les électro-graphitiques, et les métallo-graphitiques. On peut considérer que dans un contact glissant les pertes sont de nature mécanique à 35% et de nature électrique à 65%. • Principe • Fém. • Constitution • Schéma • Modèle • Couple • Equations • Excitation • Puissance • Caract MCC sep • Regl Vitesse • Caract MCC Série • 4 quadrants • RMI

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. Le collecteur est le constituant critique des machines à courant continu car ses lames sont soumises aux efforts centrifuge et assemblées manuellement. Son usure consécutive du 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. • Principe • Fém. • Constitution • Schéma • Modèle • Couple • Equations • Excitation • Puissance • Caract MCC sep • Regl Vitesse • Caract MCC Série • 4 quadrants • RMI

Schéma • Principe • Fém. • Constitution • Schéma • Modèle • Couple • Equations • Excitation • Puissance • Caract MCC sep • Regl Vitesse • Caract MCC Série • 4 quadrants • RMI

Modèle Alimenté en continu , il crée le champ au niveau du stator: C’est une bobine en continu donc seule sa résistance interne intervient dans le modèle électrique inducteur • Principe • Fém. • Constitution • Schéma • Modèle • Couple • Equations • Excitation • Puissance • Caract MCC sep • Regl Vitesse • Caract MCC Série • 4 quadrants • RMI

Modèle Ses conducteurs soumis aux variations de champ magnétiques sont le siège • de la tension induite E • de la chute de tension Ri liée aux résistance des conducteurs • à la chute de tension présente lors de régimes transitoires induit • Principe • Fém. • Constitution • Schéma • Modèle • Couple • Equations • Excitation • Puissance • Caract MCC sep • Regl Vitesse • Caract MCC Série • 4 quadrants • RMI

avec  angle entre le champ de l’inducteur et celui de l’induit. Pour la machine à courant continu, cet angle est égal à /2 Couple électromagnétique Puissance électromagnétique • Principe • Fém. • Constitution • Schéma • Modèle • Couple • Equations • Excitation • Puissance • Caract MCC sep • Regl Vitesse • Caract MCC Série • 4 quadrants • RMI

Equations de fonctionnement Cem= k i Fe • Principe • Fém. • Constitution • Schéma • Modèle • Couple • Equations • Excitation • Puissance • Caract MCC sep • Regl Vitesse • Caract MCC Série • 4 quadrants • RMI E=k WFe

Modes d’excitation Excitation indépendante Cem=KI Excitation série Cem = KI² • Principe • Fém. • Constitution • Schéma • Modèle • Couple • Equations • Excitation • Puissance • Caract MCC sep • Regl Vitesse • Caract MCC Série • 4 quadrants • RMI

Bilan des puissances Excitation indépendante • Principe • Fém. • Constitution • Schéma • Modèle • Couple • Equations • Excitation • Puissance • Caract MCC sep • Regl Vitesse • Caract MCC Série • 4 quadrants • RMI La méthode voltamèremétrique permet de connaitre la résistance de l’induit et de l’inducteur Un essai à vide renseigne sur les pertes collectives PV =U.IV Pfer + pertesméca =Pc pertes collectives

CaractéristiquesMCC séparée • Principe • Fém. • Constitution • Schéma • Modèle • Couple • Equations • Excitation • Puissance • Caract MCC sep • Regl Vitesse • Caract MCC Série • 4 quadrants • RMI

Réglage de la vitesse • Principe • Fém. • Constitution • Schéma • Modèle • Couple • Equations • Excitation • Puissance • Caract MCC sep • Regl Vitesse • Caract MCC Série • 4 quadrants • RMI

CaractéristiquesMCC série • Principe • Fém. • Constitution • Schéma • Modèle • Couple • Equations • Excitation • Puissance • Caract MCC sep • Regl Vitesse • Caract MCC Série • 4 quadrants • RMI

Quadrant 1 Quadrant 2 Fonctionnement en génératrice arrière Fonctionnement en moteur avant M G Quadrant 4 Quadrant 3 Fonctionnement en moteur arrière Fonctionnement en génératrice avant M G Principe des dispositifs d’alimentation Cem In Conclusion Un -Un Pour passer des quadrants Q1nQ4 ou Q2nQ3 le dispositif d’alimentation devra être réversible en courant. W Pour passer des quadrants Q1nQ2 ou Q3nQ4 le dispositif d’alimentation devra être réversible en tension. • Principe • Fém. • Constitution • Schéma • Modèle • Couple • Equations • Excitation • Puissance • Caract MCC sep • Regl Vitesse • Caract MCC Série • 4 quadrants • RMI -In

Principe des dispositifs d’alimentation • Principe • Fém. • Constitution • Schéma • Modèle • Couple • Equations • Excitation • Puissance • Caract MCC sep • Regl Vitesse • Caract MCC Série • 4 quadrants • RMI

Causes Les courants induits créent un champ Bi orthogonale à Be Les deux champs se superposent et la résultante est décalée La Réaction Magnétique d’Induit Conséquences: L’induction est alors plus élevée et sature les pôles L’existence d’un flux dans l’air crée une inductance de fuite d’induit (plutôt faible car l’entrefer transversal est plutôt grand) • Principe • Fém. • Constitution • Schéma • Modèle • Couple • Equations • Excitation • Puissance • Caract MCC sep • Regl Vitesse • Caract MCC Série • 4 quadrants • RMI

Les Machines à Courant Continu