Réaction Magnétique De L'induit

Machine à courant continu

1 Présentation générale

Tous les résultats présentés dans cette première partie du cours sont valables que la machine fonctionne en moteur ou en génératrice.

1.1 Conversion d’énergie

1.2 Symbole

ou

1.3 Constitution

Le moteur comprend :

• un circuit magnétique comportant une partie fixe, le stator, une partie tournant, le rotor et l’entrefer l’espace entre les deux parties.

• une source de champ magnétique nommée l’inducteur (le stator) crée par un bobinage ou des aimants permanents

• un circuit électrique induit (le rotor) subit les effets de ce champ magnétiques

• le collecteur et les balais permettent d’accéder au circuit électrique rotorique

Circuit magnétique d’un moteur bipolaire

Circuit magnétique d’un moteur tétrapolaire

1.4 Force électromotrice

Nous savons qu’une bobine en mouvement dans un champs magnétique voit apparaître à ses bornes une force électromotrice (f.é.m.) donnée par la loi de Faraday:

Sur ce principe, la machine à courant continu est le siège d’une f.é.m. E :

avec:

p le nombre de paires de pôles

a le nombre de paires de voies d’enroulement

N le nombre de conducteurs (ou de brins - deux par spires)

 flux maximum à travers les spires (en Webers - Wb)

 vitesse de rotation (en rad.s-1)

Finalement:

avec

Si de plus la machine fonctionne à flux constants

avec

1.5 Couple électromagnétique

Exemple pour une spire : les deux brins d’une spire placées dans le champ magnétique , subissent des forces de Laplace et formant un couple de force ( ).

Pour une spire :

Couple électromagnétique: en Newtons.mètres (N.m)

K est la même constante que dans la formule de la f.é.m.:

Si de plus la machine fonctionne à flux constant :

1.6 Puissance électromagnétique

Si l’induit présente une f.é.m. E et s’il est parcouru par le courant I, il reçoit une puissance électromagnétique

D’après le principe de conservation de l’énergie cette puissance est égale à la puissance développée par le couple électromagnétique.

Pem en watts

Remarque : on retrouve la relation

En effet

1.7 Réversibilité

A flux  constant, E ne dépend que de Ω et I ne dépend que de Tem.

La f.é.m. de la machine et l’intensité du courant dans l’induit sont deux grandeurs indépendantes. On peut donc donner le signe souhaité au produit E.I.

La machine peut donc indifféremment fonctionner en moteur (Pem>0) ou en génératrice (Pem<0).

1.8 Caractéristiques

Conditions expérimentales :

1.8.1 Caractéristique à vide Ev=f() à Ω constante

• De O à A, la caractéristique est linéaire, E=K’ (avec K’=KΩ).

• De A à B le matériau ferromagnétique dont est constitué le moteur commence à saturer. (µR n’est plus constant).

• Après B, le matériau est saturé, le f.é.m. n’augmente plus.

• La zone utile de fonctionnement de la machine se situe au voisinage du point A.

Sous le point A, la machine est sous utilisée, et après le point B les possibilités de la machine n’augmentent plus (mais les pertes augmentent puisque Ie augmente)

• Dans la réalité, du fait du matériau ferromagnétique, on relève une caractéristique avec une faible hystérésis.

1.8.2 Caractéristique Ev=f(Ω) à  constant

E=K’Ω

Remarque : la caractéristique est linéaire tant que la saturation n’est pas atteinte.

1.8.3 Caractéristique en charge U=f(I)

• La résistance du bobinage provoque une légère chute de tension ohmique dans l’induit : R.I

• Le courant qui circule dans l’induit créé un flux indésirable de sorte que le flux total en charge Charge(Ie, I) < Vide(Ie). Cela se traduit par une chute de tension supplémentaire : c’est la réaction magnétique d’induit.

Pour l‘annuler, la machine possède sur le stator des enroulements de compensation parcourus par le courant d’induit : on dit que la machine est compensée. C’est souvent le cas.

• La distribution du courant d’induit par les balais et le collecteur provoque également une légère chute de

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