7/29/2019 Machines Tournantes a Courant Continu

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MACHINES TOURNANTES A COURANT CONTINU

1. Gnralit :

Les premiers moteurs courant continu datent des annes1830-1840. Cette machine est rversible : elle fonctionne

aussi bien en moteur quen gnrateur.

De plus sa souplesse dutilisation en vitesse variable en

fait un actionneur privilgi en robotique.

Par contre son entretien dlicat a cause du collecteur et

des balais, font que depuis les progrs de llectronique

de puissance, le moteur courant continu tend a treremplac par le moteur courant alternatif dans le

domaine de la traction lectrique.

2. principe de fonctionnement :

Le bobinage de linduit tournant dans le flux magntique fixe produit par linducteur est le sige de f.e.m.

alternatives.

Lartifice du collecteur permet, chaque instant, dadditionner toutes les f.e.m. de mme signe et

dobtenir une f.e.m. continue pratiquement constante.

2.1. Production de la force lectromotrice ( F.E.M.)Si lon considre le conducteur(1) plac

sur linduit qui tourne, ce conducteur

coupe les ligne de champ, il est alors le

sige dune force lectromotrice(f.e.m.) dont le sens est donn par la

rgle des trois doigts de la main

gauche.

Si lon considre la spire : les deux

forces lectromotrices sont de mme

sens et sajoutent ; on peut fermer lecircuit.

Si on fait passer un courant dans la

spire, en prsence dun flux inducteur,

une force agit sur les conducteurs et fait

tourner linduit. Cest la rversibilit de

la machine a courant continu.

2.2.Le redressement par le collecteur

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Toutes les spires situes sous un mme pole tant le sige de f.e.m. de mme sens, les balais placs dans

laxe interpolaire ( ligne neutre ) permettent de les additionner.

Lensemble collecteur balais jouent le rle dun redresseur mcanique. Les spires situes sous un polechangent, car linduit tourne, mais chaque instant on trouve entre les balais toute les f.e.m. engendres

sous le mme pole.

3. constitution

3.1. linducteur :

il est constitu de pole saillant en tle magntiques ( acier 3,5% de silicium) sur lequel On installe les

enroulements du bobinage, servant a cre le flux ( 0,9 2,2 T ).

Le courant induit cre un affaiblissement du flux inducteur qui tend a le dform dans le sens de rotation :

Cest la raction magntique dinduitCe phnomne est croissant avec la puissance du moteur.

Pour palier a ce phnomne on ajoute un enroulement de compensation qui corrige la raction

magntique dinduit. Cet enroulement inaccessible par lutilisateur est mit en srie avec linduit et estplac dans des encoches mnages dans les pices polaires

3.2. Linduit :

Le rotor comporte le bobinage induit mont sur la

masse mtallique en fer doux et le collecteur situ en

bout darbre assurant la liaison lectrique avec les

balais.

Lenroulement dinduit est de types imbriqu, ou

ondul pour les hautes tensions.Les rainures dans lesquelles sont log les conducteurs

peuvent tre lgrement oblique afin de minimiser lamodulation de vitesses dues aux encoches a bas rgime

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3.3. Enroulement imbriqu et ondule

3.3.1. Enroulement imbrique :

La section a une entre et une sortie relie a deux lames voisines du collecteur. Laxe polaire est laxe de

symtrie de la section et passe entre les deux lames. Les faisceaux sur la ligne neutre vrifient la rgle de

commutation.

3.3.2. enroulement ondul

La mme section a son entre et sa sortie a deux lames cartes dun double pas polaire. Les conditions de

commutation sont galement remplies.

4. Le collecteur et les balais :

Le collecteur est constitu par un assemblage de lames de

cuivre sectorielles isoles les unes des autres. A chaque lame

sont soudes lextrmit dune section et lentre dune

suivante.Les lames en cuivre pur croui ou faiblement alli de section

trapzodale sont isoles de larbre et entre elles par une lame

de micanite.

Les balais et porte-balais assurent la continuit des circuits

lectriques entre la partie fixe et la partie mobile de la

machine.Les balais forment avec le collecteur un contact glissant,

Raliss base de charbon graphitique avec ventuellement du

cuivre ; trop durs, ils provoquent lusure du collecteur ; troptendre, ils encrassent le collecteur.

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Les balais sont placs sur la ligne neutre thorique.

Mais linversion du courant saccompagne dun

phnomne de self induction ; il se produit dans la sectioncommute une f.e.m. de commutation qui est la cause

principale dtincelles.

Pour viter ce phnomne on peut dcaler les balais en

avant de la ligne neutre dans le sens de rotation. Le

changement de voie seffectue alors sous linfluence dupole suivant dou annulation des tincelles de commutation

(cela impose un sens de rotation). Plus couramment, on

dispose de ples auxiliaire de commutation plac sur la

ligne neutre et aliment par le courant dinduit

5. Caractristique couple vitesse :

On peut citer 3 grands couplages de linducteur :

- moteur excitation indpendante- moteur excitation srie ( dmarrage en charge)- moteur excitation shunt

6. Moteur aiment permanent :

6.1 Les aimants permanents

La plupart des machines utilisent des aimants terre rare, gnralement au samarium colbalt, parfois au fernodyne bore.

Les aimants remplacent les bobines de linducteur dans le moteur, de plus on transforme souvent linduit

et le rotor, ce qui va les distinguer selon la forme de leur rotor .

Ces moteurs sont de faible puissance et on une application essentiellement robotique.

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N= nb de conducteur

a= nb de paires de voies denroulementp= nb de paires de ples

E = f.e.m

W en rd/s

F en weber

C ( N.m)

N ( tr/mn)

shunt

srie

Nn

Cn

kp N

a

.

.2U E RI L

di

dt

E k

C k I

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6.2. Moteur aimant et induit classique

Par rapport a un moteur conventionnel, seul le stator est modifi.

Il se compose dune culasse tubulaire formant une enveloppe pour le flux lintrieur de laquelle sont le

plus souvent colls les aimants inducteurs en forme de tuile

Il ny a pas de ples de commutation, on utilise des balais spciaux et le rotor comporte un nombre lev

dencoche inclin pour minimiser la modulation de vitesse.

6.3. Moteur discodal ou rotor plan

Deux flasques munis daimants permanents entre lesquels tourne un rotor plan.

Vu par transparence, un rotor plan est la rplique exacte dun bobinage ondul srie en reprsentation

frontale.Les conducteurs de linduit sont raliss en couche lamellaires de cuivre obtenus par matriage.

L'isolation entre les couches est faite par du verre poxy.

Des soudures assurent la jonction entre les couches. Les balais frottent directement sur les conducteurs et

sont plac prs de laxe.

Moteur de trs faible inertie, permettant des acclrations, freinage, inversion de sens de marche trsrapide.

6.4. Moteur Cloche

Tout comme le moteur rotor plan, ce type de moteur se caractrise par labsence de masse mtallique au

rotor. Ce dernier est constitu par une cloche isolante sur laquelle est bobin un enroulement de type

Faulhaber.

Moteur de faible puissance ( < 200 W ) pour un encombrement minimal et des dmarrages ultra rapides.

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6.5. moteur pan cake

Ces moteurs se montent directement sur la machine entraner la manire dun enroulement billes.

Linduit bobin de grand alsage et de faible paisseur est mont sur larbre. Linducteur aimants

permanent permet des couples de pointes.

Ces types de moteurs correspondent a des applications trs particulires ( optique ) vitesse lente ou trs

rapide ( >10000 tr/mn)

7. Moteur universel

Il est dsign par universel car il peut tre aliment indiffremment en courant continu ou en courant

alternatifmonophas ( principale utilisation )Il sagit dun moteur srie de faible puissance, on inverse en mme temps le courant dans linduit et dans

linducteur, ainsi le sens de rotation ne change pas.

Pour palier Les mauvaises performances de ce moteur en rgime alternatif, On ajoute des enroulements de

compensation et on diminue le nombre de spires de lenroulement inducteur, On ajoute aussi souvent en

srie un rhostat qui permet de rgler la vitesse qui fluctue normment avec le couple.

On fait tourner ces moteurs trs vites ( 3500 10000 tr/mn ) pour les rendre peu prs indpendant de lafrquence du rseau.

Il engendre beaucoup de parasites, dou la ncessit de relier les balais la masse par lintermdiaire dun

condensateur. Lensemble inducteur condensateur forme un filtre.

Le domaine du moteur universel est le rgime intermittent( lectro domestique ) car les inconvnients

majeurs sont les usures rapides des balais et son chauffement

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