La machine à courant continu
I Généralités :
La machine à courant continu est constitué de deux parties.
Une partie fixe, le stator, qui crée le champ magnétique ; c'est l'inducteur. Cet inducteur peut-être
constitué d' aimants permanents ou d'une bobine alimentée par un courant continu.
Un partie mobile, le rotor, qui est l'induit de la machine. Le rotor de la machine est constitué de
conducteur et lorsque le rotor tourne, il se crée aux bornes de l'ensemble des conducteurs une tenson induite E.
Pour faire fonctionner une machine à courant continu, on peut brancher l'inducteur en série avec
l'induit : on parle alors de machine série. Si l'inducteur est alimenté de façon séparée par rapport à l'induit, on
parle de machine à excitation indépendante.
La machine à courant continu est une machine réversible. Elle peut fonctionner soit en génératrice, soit
en moteur.
I.1 Modèle électrique d'une machine à courant continu :
I.2 La force électromotrice (f.e.m.) E:
L'inducteur crée le flux magnétique
en Weber [Wb].
Le rotor est composé de N conducteurs et tourne à la vitesse angulaire
en [rad/s].
On montre que l'expression de la f.e.m. E est : E=N
2 .
Si on pose K=N
2
(constante sans dimension) alors, E
=
K
avec en [Wb]
en [rad/s]
E : f.e.m induite en [V]
Si le flux est constant, la f.e.m. induite E est proportionnelle à la vitesse de rotation n soit : E
=
k.n
I.3 Couple électromagnétique :
Lorsqu'il circule une intensité I dans l'induit, la puissance électromagnétique est P
E
=
E.I .
Le rotor tournant à la vitesse
, il existe un couple électromagnétique T
EM
tel que P
E
=T
EM
⋅ .
On montre alors que l'expression du couple électromagnétique est :
T
EM
=KI
c'est-à-dire que le couple électromagnétique est proportionnel à l'intensité qui circule dans l'induit.
Y.MOREL La machine à courant continu Page 1/6
r
R
E
Inducteur Induit
II Fonctionnement en moteur de la machine à courant continu :
II.1 Le moteur à excitation indépendante :
II.1.1 Modèle électrique :
L'inducteur est alimenté par une tension continu u et est traversé par le courant continu i (si l'inducteur
n'est pas à aimants permanents).
L'induit est alimenté par une tension continue U et est traversé par une intensité I.
Modèle électrique du moteur à excitation indépendante :
Équation de fonctionnement pour l'induit : U
=
E
R.I
II.1.2 Bilan énergétique et rendement:
Le moteur absorbe la puissance électrique P
A
=
u.i
U.I .
( Si le moteur est à aimant permanent, u.i = 0 )
Au niveau de l'excitation (l'inducteur), il se crée des perte par effet Joule P
JE
=u⋅i=r⋅i
2
.
Pour l'induit, les pertes par effet Joule sont P
JI
=R⋅I
2
.
La puissance électromagnétique P
EM
=
P
A
P
JE
P
JI
=
E.I
Lors d'un essai à vide, P
V
=
R.I
V
P
C
, on peut déterminer les pertes collectives P
C
qui représentent les
pertes magnétiques ou pertes fer P
F
ainsi que les pertes mécaniques P
M
soit : P
C
=
P
F
P
M
.
On définit le couple de pertes par T
P
=T
EM
T
U
=T
P
La puissance utile disponible sur l'arbre du moteur est P
U
=
P
A
P
JE
P
JI
P
C
.
Le rendement du moteur à courant continu est = P
U
P
A
=P
U
P
U
u.iR.I
2
P
C
.
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r
R
E
Inducteur Induit
U
I
i
u
R.I
P
A
=
u
⋅
i
U
⋅
I
P
EM
=
E.I
T
EM
=P
EM
P
U
T
U
=P
U
=T
EM
T
P
P
JE
=r.i
2
P
JE
=R.I
2
P
M
P
F
Pour ce moteur, le flux est
directement proportionnel au
courant d'excitation i.
