Bobinage dune machine courant continu

Bobinage dune machine courant continu

Sommaire

Introduction1

Bobinage de linducteur2

Bobinage de linduit31.Representation des enroulements42.Les differentes sortes denroulements induits5a)Enroulement imbriqub)Enroulement ondul

3.Pas de lenroulement6

IntroductionLa machine courant continue comporte des bobinages inducteurs et induits. Les uns servent la cration dun champ lectromagntique, les autres produisent des ractions sur les premiers, telles, quil y a naissance dun couple moteur faisant tourner lorgane mobile de la machine. Les enroulements de la machine courant continue diffrent selon le type de la MCC, la figure ci-dessus reprsente les diffrents enroulements de la machine courant continue.

Figure 1 : enroulement des machines courant continuBobinage de linducteur

Les bobines inductrices sont supportes par les noyaux polaires. Le sens des enroulements doit tre tel quil y ait production de ples alterns.Dans une machines bipolaire, les ples sont diamtralement opposs.Dans une machine ttrapolaire, les ples de mme nom se trouvent placs suivant un mme diamtre.Les bobines sont absolument semblables pour une machine dtermine. Ce sont simplement les connexions entres bobines qui doivent tre observes.

Cas dun moteur bipolaireConsidrons le cas dun moteur bipolaire reprsent par la figure ci-dessus:

Figure 2 : machine bipolaire

Le courant arrive par le pole +, la bobine N tant enroule dans le sens indiqu sur la figure, il y a naissance dun ple nord (daprs la rgle du tire-bouchon). La bobine S devra donc produire un ple sud et tre connecte en consquence.

Figure 3 : sens des enroulements sur les inducteurs d'un moteur bipolaireCas dun moteur ttrapolaire

Pour un moteur ttrapolaire, les quatre bobines inductrices sont branches comme si nous avions reli en srie deux systmes inducteurs de moteurs bipolaires. On le vrifie facilement en examinent le sens du courant dans chaque bobine.

Figure 4 : machine tetrapolaire

Gnralement les bobines sont excutes sur un gabarit en bois, ensuite montes sur les noyaux polaires. Le gabarit utilis doit avoir une joue amovible pour permettre le dmontage de lenroulement. Le noyau du gabarit est entour dune feuille de presspahn, qui fera corps avec la bobine monter sur le ple de linducteur. Le diamtre du gabarit sera tabli de telle faon que lenroulement viendra sengager sans jeu sur le pole. Pour empcher la bobine de se dformer avant sa mise en place, on mnage des saignes dans la forme pour passer une ficelle ou un fil recuit guip et attacher provisoirement la bobine en attendant lenrubannage.Pour lenroulement, on monte le gabarit sur un tour faible vitesse, soit sur un systme quelconque muni dune manivelle et permettant larrt instantan. Le fil bobiner se place sur un dvidoir, dont on doit pouvoir freiner la rotation de faon donner une tension suffisant au fil.Les diffrentes couches de lenroulement doivent former des spires jointives, bien serrs, en ayant soin de ne pas blesser lisolant. Dans cette opration, le fil est guid par une rglette de bois qui sert galement appliquer chaque spire sur la prcdente.Lenroulement termin, on le ligature avec la ficelle prvue cet effet dans les joues du gabarit; on dmonte ce dernier et on enrubanne soigneusement. La bobine est ensuite plonge dans un rcipient contenant un vernis gras, puis mise scher dans une tuve.Bobinage de linduit Dans une machine courant continue, l'enroulement d'induit est un enroulement rotorique qui est connect aux lames du collecteur. Figure 5 : Collecteur et induit en tambour avec l'enroulementPar dfinition, une section est lensemble des spires comprises entre deux lames du collecteur. Figure 6 : section trois spireLes fils contenus dans une mme encoche et faisant partie de la mme section constituent un faisceau. Une section se compose donc de deux faisceau placs dans deux encoches diffrentes. Habituellement, on place deux sections dans des mmes encoches; elles sont alors enrubannes ensemble et portent le nom de bobine. Evidemment, la bobine comporte alors quatre fils de connexion, puisque les deux sections ne sont pas relies aux mmes lames du collecteur.Toutes les sections sont mises en srie en reliant leurs extrmits deux deux. De cette manire lenroulement dinduit dune machine courant continu se referme en formant un polygone. Lassociation entre lenroulement ferm et les lames du collecteur cre un circuit lectrique externe vu entre les balais. La faon de connecter lenroulement au collecteur dfinit un type de circuit lectrique.1. Reprsentation des enroulementsPour simplifier la reprsentation des enroulements sur linduit, on ne dessine que la face cot collecteur des encoches. Les faisceaux placs dans ces dernires sont indiqus par un point, la partie de la spire en arrire du tambour par un pointill et la partie en avant, cest--dire cot collecteur, par un trait continue. Par exemple, la reprsentation dune bobine deux sections sera la suivante:

On remarque que la section 1 part de la lame du collecteur, passe dans le haut de lencoche suprieure, cot postrieure de linduit, bas de lencoche inferieur et lame du collecteur.Si lon suppose linduit et le collecteur dvelopps suivant une gnratrice du tambour, nous obtiendrons le dveloppement panoramique.

Figure 7 : representation panoramique d'un enroulement induit

La figure ci-dessus est une reprsentation panoramique dun enroulement induit, o on considre un fil par faisceau pour simplifier la reprsentation. Partant de la lame 1, nous entrons dans la partie suprieure de lencoche 1(tait continu), nous passons coter postrieur de la machine pour venir dans la partie infrieur de lencoche4 (trait pointill), connexion sur la lame 2 de la fin de la premire spire avec le commencement de la deuxime. Cette deuxime spire entre dans la partie suprieure de lencoche 2, pour venir une autre lame du collecteur en passant par la partie infrieure de lencoche 5. Nous continuons ainsi jusqu lpuisement des encoches. Ce type denroulement est dit imbriqu (on va le voir par la suite).

2. Les diffrentes sortes denroulements induitsOn distingue deux catgories denroulements induits. Les enroulements simples adopts sur les machines de petite puissance et les enroulements multiples. Ces enroulements peuvent tre imbriqu ou onduls.a) Enroulement imbriqu Dans le type imbriqu, les sections relies en sries sont voisines sur linduit et, par consquent, sont soumises linfluence dun mme pole; elles ont galement des positions voisines sur les lames du collecteur..

Figure 8 : enroulement imbriqu. developpement panoramiqueLa figure ci-dessus reprsente le type denroulement imbriqu dont on a cit son principe avant. Dans le cas prsent, nous considrons quil y a plusieurs fils par faisceau, cest--dire, partant de la lame 1, nous passons par lencoche 1, ensuite par lencoche 3 et nous revenons encore aux encoches 1 et 3 sans nous arrter au collecteur, et ceci jusqu ce que la section ait le nombre de spires voulu. Alors que nous fixons lextrmit de la section la lame 2. De l, il faut une deuxime section qui passe successivement par les encoches 2 et 4, pour venir aboutir la lame, et ainsi de suite.b) Enroulement ondul

Il y a encore un autre type denroulement appel enroulement ondul. Il est ainsi appel parce que le fil suit un trac ondul, les sections dans ce cas sont relies en srie sont soumises deux ples de mme nom. Pour simplifier, nous considrons le trajet dun fil simplement.

Figure 9 : enroulement ondul

Partant de la lame (a), nous entrons dans une encoche, ensuite nous passons par la partie postrieure de linduit, nous revenons en passant dans une autre encoche pour nous relier une autre lame (g) du collecteur. Nous continuons comme prcdemment de la lame (g) (m). Les lames (a), (g) et (m) ne sont pas voisines sur le collecteur dans le cas dun enroulement imbriqu.Dans la pratique, nous savons quil y a plusieurs fils dans un faisceau. Voici un dveloppement panoramique dun enroulement ondul

Figure 10 : enroulement ondul. Developpement panoramique

Suivons le trajet de la spire dans la figure prcdente: de la lame (a) nous entrons dans une encoche place sous le ple nord; nous venons dans une encoche situe sous le pole suivant et nous repassons dans la premire encoche sans nous connecter au collecteur. La section ayant le nombre de spire voulu, nous fixons lextrmit du fil la lame (g), et nous continuons le bobinage de la deuxime section pour aboutir la lame (m).

3. Pas de lenroulementPour ordonner et disposer les sections de lenroulement dans les encoches, il faut considr les pas denroulement suivant: Premier pas Y1:Pour tablir la largeur dune section, il faut compter le nombre de faisceaux franchir quand, partant du premier faisceau de la section, on progresse jusquau deuxime. Cette distance permet aux sections dembrasser tout le flux dun ple, pour gnrer une force lectromotrice maximale. Par la suite avec une telle distance, lenroulement ralis doit avoir un pas total, ou pas polaire. Mais souvent le pas polaire = Nlame/2p nest pas entier. Pour avoir Y1 un nombre entier dencoche, nous procdons par un petit raccourcissement ou allongement () par rapport au pas polaire.Y1= Nlame/2p equation1 Deuxime pas Y2: Pour relier les sections au collecteur, il faut galement compter le nombre de faisceaux dont on progresse quand, partant de lun des faisceaux dune section relie une lame, on rencontre le faisceau dune autre section connect la mme lame du collecteur. Ce nombre est reprsent par Y2. Pas rsultant Y: Le pas rsultant est la distance entre les cots correspondants de deux sections se suivent.

Figure 11 : pas d'enroulement pour un bobinage imbriqu

Figure 12 : pas d'enroulement pour un bobinage ondulRaccordement denroulement dinduit au collecteur

Une fois que les sections sont places sur linduit en considerant les pas citer precedement, il faut relier les sections entre elles et raccorder lenroulement au collecteur afin de crer un circuit lectrique. Ce circuit lectrique form alors par lenroulement et le systme de balais-collecteur doit se retrouver identiquement lui-mme chaque fois que les balais se deplacent dune lame du collecteur la suivante. Dans les circuit, des groupes de sections en srie sont monts en parallle, la grandeur 2a dsigne le nombre des branches mise en parallle, elle est appele nombre de voies en parallle. Suivant le mode de connexion des sections, nous crons differents types denroulement comportants differents nombre de voies en parallele, chacun presentant un comportement electrique diferent.Pour relier une section avec les sections voisines via les lames du collecteur, il faut determiner une distance entre les lames du collecteur auxquelles une section doit etre connecte. Il sagit dune procedure base sur une connaissance empirique. Cette distance calcule en nombre dintervalles au collecteur est appele: Pas denroulement au collecteur Yc.Lquation pour le pas au collecteur, prsenter ci-dessous doit donner un nombre entier: Equation 2 a; le nombre de voies denroulement p le nombre de paires de poles : paramtre Pour le bobinage imbriqu: on a le pas au collecteur Yc = . Ce type de bobinage est appel parallle. Les signes plus ou moins dsignent repspectivement les cas non crois ou crois.Pour le bobinage ondul: on a le pas au collecteur . Ineversement au premier cas, les signes plus ou moins designent respectivement les cas crois ou non crois.Si on choisit loption non croise( la plus rpondu) le bobinage sera progressif. Tandis que loption croise qui donne un bobinage rtrograde consomme plus de cuivre. Danss ce cas, il en rsulte des extrmits de bobines plus longues qui entrainent une rsistancee de bobine plus leve et donc plus pertes, cette solution devrait etre theoriquement abondonne. On dmontre en effet, quen passant dun bobinage crois un bobinage non crois, la polarit des balais est inverse.

Modlisation du circuit lectrique tablit entre les balais

Les deux principaux types de bobinages pour linduit dune machine courant continu sont le bobinage ondul et le bobinage imbriqu quon a dj introduit. La diffrence entre les deux est simplement due une connexion diffrente entre les sections et le collecteur.Selon le choix de connexion, un circuit lectrique diffrent stablit entre les balais.Le courant dbit par la source passe travers lenroulement en se divisant dans plusieurs branches montes en parallle. Chaque branche est une voie constitue dun nombre de sections connectes en srie. Ces branches formes par des sections se trouvent entre les balais. Ainsi, cest grce aux balais que toutes les voies de lenroulement sont branches en drivation, comme le figure ci-dessous:

Figure 13 : voie d'enroulement situ entre les balaisQuand plusieurs voies en parallle stablissent dans le circuit de lenroulement il faut assurer la symtrie de ces voies, cest--dire chaque voie doit comporter le mme nombre de sections chaque instant. Ceci permet davoir rigoureusement la mme diffrence de potentiel aux bornes de chaque voie. Sinon des courants de compensation vont circuler entre les balais donnant naissance des tincelles.Dans un circuit lectrique, avec la rotation de linduit, la position des sections change. Elles se permutent et mme passent dune voie une autre. Cette interversion peut introduire des dissymtries pour de courtes dures.Le choix du type de bobinage, autrement dit linterconnexion des sections et la faon de brancher ces dernires aux lames du collecteur, dfinit le nombre 2a de voies parallle. Un bobinage ondul simple dispose toujours de deux voies en parallle. Tandis que dans un induit bobinage imbriqu simple le nombre de voies en parallle de lenroulement est dtermin par le nombre de ples 2p.Il est possible davoir un nombre de voies en parallle plus lev en employant la technique du bobinage multiple. Lexcution de cette technique permet de multiplier le nombre de voies par le degr de multiplicit.a. Cas dun bobinage imbriqu

Lors de la ralisation dun bobinage imbriqu, il faut connecter un faisceau aller dune section avec un faisceau retour dune section qui a une surface en commun avec la premire. Afin de satisfaire lequation 1 il faut dabord savoir la valeur de 2a, le nombre de voies en parallle. Une telle connexion gnre un nombre de voies en parallle au moins gale au nombre de poles. Le nombre de voies en parallle dans un enroulement imbriqu est comme suit:a = *pPratiquement le degr de multiplicit est confin entre les valeurs =1,2,3. Il doit etre inferieur ou egal p. Si =1, le bobinage est dis simple. Mais pour les autres cas, quand 2, le bobinage est dit multiple.b. Cas dun bobinage ondul

Pour rliser un bobi,age ondul, il faut relier les brins de sections qui nont pas une surface en commun entre elles. Les extrmits des sections sont ployes vers lextrieur. Contrairement au bobinage imbriqu, le bobinage ondul un nombre de voies en parallle indpendant du nombre de paires de poles p et il est exprim en fonction du degr de multiplicit X.a=X Equation3Dans le cas simple, o X=1 le nombre des voies en parallle est toujours gal 2.Le nombre de balais ncessaires pour un bobinage imbriqu est toujours gal au nombre de poles de linducteur 2p. Pour un bobinage ondul, comme le nombre de voies en parallle est independant du nombre de pole, un paire de balais est suffisant pour assurer le fonctionnement de la machine. Nanmoins, autant de balais peuvent etre utiliss que le nombre de poles 2p.

Exemple de bobinage imbriqu

On a vu les notions de bases et les donnes ncessaires pour raliser un bobinage imbriqu sur le rotor dune machine courant continu, nous donnons exemple dun bobinage imbriqu trois paire de pole et 25 encoches. Afin de loger les sections dans les encoches, lequation 1 nous donne Y1=4. Dautre part, afin de relier les sections entres elle ainsi quavec le collecteur, nous considrons un bobinage imbriqu simple X=1. Le nombre de voies en parallle est donn par lequation3 a=p=3. Ceci nous sert calculer le pas au collecteur grace lequation2 Yc=1. On retrouve le schma suivant:

Figure 14 : bobinage imbriqu