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1La machine à courant continuCe cours utilise de nombreux ouvrages et sites web sur lesquels

j 'ai repris des photos ou des diagrammes. Je tiens à remercier toutes les personnes qui directement et/ou indirectement ont contribué à l'enrichissement de ce cours. Cours d'Electricité, Bruno FRANÇOIS La machine à courant continu 2 3

Fonctionnement en moteur des MCC

Hypothèse :

On considère un champ magnétique constant

Ou se trouvent les pôles Nord et Sud ?

Sous un pôle magnétique les courants des encoches circulent tous dans le même sens et sont orthogonaux au champ magnétique I d l I d l I d l I d l I d l I l I d l B B B B B B B B I d l d

Ou se trouvent

les pôles Nord et Sud ?

4Encoches ou sont logées les conducteurs

collecteur rotor

Fonctionnement en moteur des MCC

5

Fonctionnement en moteur des MCC

Courant entrant

On essaye d'implanter un grand nombre de " cadres de courant » au rotor. -> encoche Sous un pôle magnétique les courants des encochescirculent tous dans le même sens et sont orthogonaux au champ magnétique 6

Principe d'aiguillage du courant dans une encoche

Mouvement d'une encoche

7 1 T représente l'angle entre les axes magnétiques du champ Bid'induit et Bede l'inducteur.

On admet que le couple électromagnétique

résultant de ces deux champs en présence varie avec le sinus de l'angle T .Résultat des forces Be est le champ magnétique créé par l'excitation(B) Bi est le champ magnétique créé par les courants à l'induit La force exercée entre ces deux champs est à l'origine de forces motrices

Origine du couple

Be

TCouple

Bi 8

TCoupleTCouple

1 Be Bi 1 Be Bi 9

TCouple

TCouple

1 Be Bi 1 Be Bi 10

TCoupleTCouple

1 Be Bi 1 Be Bi 11

TCoupleTCouple

1 Be Bi 1 Be Bi 12

TCouple

TCouple

1 Be Bi 1 Be Bi 13 Chaque fil conducteur est soudé à ses extrémités sur deux lamelles du collecteur. Le collecteur solidaire de l'induit alimente tour à tour chaque brin actif par l'intermédiaire des balais et des lamelles. Il assure ainsi l'alimentation synchronisée de chaque brin.

Construction du moteur à courant continu

14 • Ensemble cylindrique de lames de cuivre isolées les unes des autres • Chaque lame est soudée à un des deux fils sortant d'une des bobines de l'induit • Il tourne avec le rotor

Le collecteur

Encoches ou sont logées les conducteurs

collecteur rotor 15 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

16

Balais

• Faits en carbone en raison de sa bonne conductivité électrique et de son faible coefficient de frottement • Assurent la liaison électrique ( contact glissant ) entre la partie fixe et la partie tournante. • En s'appuyant sur le collecteur, assurent un contact électrique entre l'induit et le circuit extérieur • Dans une machine à enroulements imbriqués, il y a autant de balais que de pôles magnétiques inducteurs 17

Balais

• Pour des machines de forte puissance, la mise en parallèle des balais est alors nécessaire. 18

Le rotor

Cylindre plan

Ferromagnétique

Creusés d'encoches ou sont logés des conducteurs

* 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. 19

Principe de la machine électrique

Circuit d'induit

Fi lB .

Circuit d'inducteur

La machine est composée de deux circuits bobinés : _ un circuit inducteur qui va crée le champ magnétique et _ un circuit d'induit dont lequel doit circuler le courant (i) 20

Bobinage de

l'inducteur J J B

Nord Sud

Nord Sud U inducteur

Le circuit inducteur

• Il créé le champ magnétique d'excitation au sein du stator : l'inducteur (bobiné) • Aussi appelé "circuit de champ» ou "circuit d'excitation » • Constitué de bobines série enroulées autour de noyaux ferromagnétiques portés par le stator Nord Sud • Les bobines excitatrices d'un inducteur multipolaire sont connectées de façon à ce que les pôles adjacents aient des polarités magnétiques contraires 21

Le circuit inducteur

•Armature ferromagnétique fixe * Un courant continu (J) produit un champ magnétique qui traverse le circuit induit , le flux magnétique dépend de la surface. Sa permittivité (conductivité magnétique) est supérieure à celle de l'air, le stator canalise le flux (lignes rouge)

Bobinage de

l'inducteur J J B

Nord Sud

Nord Sud U inducteur 22

Principe de la machine électrique

Circuit d'induit

Fi lB .

Circuit d'inducteur

Bobinage de

l'inducteur

Bobinage de

l'induit

STATOR

ROTOR I J J I B Sud N o rd La machine est composée de deux circuits bobinés : _ un circuit inducteur qui va crée le chanmp magnétique et _ un circuit d'induit dont lequel doit circuler le courant (i) 23

Le circuit inducteur

Pôle inducteur

stator 24

Inducteur à aimant permanent

Il existe aussi des machines dont le champ magnétique inducteur est créé par des aimants permanents. Les pertes joules sont supprimées mais l 'excitation magnétique est fixe. Mais, dans les grosses machines, le coût des aimants pénalise cette solution. 25
Machine composée de deux circuits bobinés (un circuit inducteur et un circuit induit) et d'un dispositif de commutation (collecteur et balais)

Principe de la machine électrique

Circuit d'induit

Fi lB .

Circuit d'inducteur

U I

MCC fonctionnant

en moteur J R E 26

Expression du Couple Electro-Mécanique

Démonstration No 1

Force exercée par un conducteur :

Bld.iFd

c

Sur toute la longueur (l), Best constant :

Couple exercé par un conducteur situé à une distance r(rayon) de l'axe de rotation: B .l.i.rC c eurem/conduct kn k c dBl.i.n.rC e 2 1 em/pole Couple exercé par toutes les encoches sous un pôle :i c , courant circulant dans un conducteur 27

Expression du Couple Electro-Mécanique

Démonstration No 1

On définit le champ magnétique moyen sous un pôle : kn k e BnB e 2 1 21
! Bnl.i.n.rC ec . 2. em/pole On exprime le flux magnétique moyen traversant le 1/2 cylindre (rotor sous un pôle) : aire dAB

Couple total :

S emec ni.nC r. S Périmètre d'un demi cylindre (sous un pôle) :

Aire d'un demi cylindre (sous un pôle) :

28
De part la mise en parallèle de deux voies d'enroulement : 2 ii c

Couple total :

S . 2. em .ni.nC e

Expression du Couple Electro-Mécanique

Démonstration No 1

i 29

Expression du Couple Electro-Mécanique

Démonstration No 2

i c , courant circulant dans un conducteur

1 encoche comporte nconducteurs, le courant d'encoche ->

n. i c Considérons un déplacement angulaire virtuel d T du rotor choisi égal à : e n 3 2 Le courant d'encoche de rangkcoupe le flux d'inductiond I k issu du pôle Nord, ainsi le travail virtuel exercé sur l'encoche s'exprime par : dT k = n .i c .d I k Et, la dérivée du travail est liée au couple par : dT k = C em_k .d T C em_k = n .i c .d I k d T 30
C em_k = n .i c .d I k d T k ecn k d. ni.n e IS 2 2 1¦ kcn k dd.i.n e TI 2 1¦ 2 e n Si on considère la contribution des encoches de rang àn e , alors on obtient pour le couple électromoteur résultant : kn k ce di.n.n e IS 2 1 C em

Expression du Couple Electro-Mécanique

Démonstration No 2

2 e n La somme des couples développés sur les encoches de rangs 1 à s'écrit donc : 31
kn k ce di.n.n e IS 2 1 C em I S ce i.n.n C em = Flux total sortant du pôle Nord i.k C em = A flux constant i courant d 'induit

Expression du Couple Electro-Mécanique

Démonstration No 2

La machine à courant continu

produit un couple électro-moteur (effet) proportionnel au courant d'induit (cause

D'où provient ce courant ?

I S . 2.i.n.n e C em = En fonction du courant total 32

Réversibilité de l'actionneur

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