moteurs à courant continu
Les moteurs à courant continu sont des appareils qui transforment l’énergie électrique en
énergie mécanique. La construction des moteurs est identique à celle des génératrices, de sorte
qu’une machine à courant continu est réversible, c’est-à-dire peut servir indifféremment
comme moteur ou comme génératrice.
L’usage des moteurs à courant continu est plutôt restreint, car la distribution se fait à courant
alternatif.. Cependant, pour certaines applications il est parfois avantageux d’installer des
convertisseurs transformant le courant alternatifen courant continu et d’utiliser des moteurs à
courant continu. La supériorité de ces moteurs réside dans le fait qu’ils se prêtent facilement à
un contrôle souple, continu et presque instantané de leur vitesse.
Les moteurs à courant continu ont les mêmes modes d’excitation que les génératrices. On
distingue donc:
• les moteurs à excitation indépendante
• les moteurs à excitation à dérivation (excitation shunt)
• les moteurs à excitation série
• les moteurs à excitation composé
De plus, tout comme pour les génératrices, la réaction d’induit se manifeste dans les moteurs,
produisant une distorsion et un affaiblissement du flux provenant des pôles, à mesure que la
charge augmente. Les problèmes de commutation existent également, c’est pourquoi les
moteurs de puissance supérieure à 1 kW contiennent toujours des pôles de commutation.
Fonctionnement d'un Génératrice à courant continu
Fonctionnement
Différents modes d’excitation
Une machine à courant continu comporte deux circuits électriques:l’enroulement de l’induit et l’enroulement de l’inducteur. Ces deux circuits peuvent être couplés l’un par rapport à l’autre de différentes manières ce qui définie les différents types de machines.
• Génératrice à excitation indépendante
Le flux dans la machine est créé par le passage d’un courant d’excitation J dans l’enroulement de l’inducteur. Lorsque ce courant continu est fourni par une source indépendante, c’est-à-dire séparée de la machine, on dit que la génératrice est à excitation indépendanteou à excitation séparée (fig.1).
• Génératrice à excitation en dérivation
L’enroulement induit et l’enroulement inducteur sont montés en parallèle: l’induit générateuralimente l’enroulement d’excitation de la machine qu’on dit être auto-excitée (fig.2).
L’enroulement inducteur comporte un grand nombre de spires en fil fin, le courant admis sousla tension Une devant dériver que de 2% à 5% environ du courant total.
Exemple:
Machine 3 kW, 220 V, I = 16,5 A, J = 0,56A
Résistances à froid: R inducteur= 270 Ω; R induit= 1,84 Ω
• Génératrice à excitation série
L’enroulement inducteur est en série avec l’induit et ne doit entraîner qu’une chute de tension de 3% environ, il a donc une faible résistance et comporte peu de spires de gros fil (fig. 3).
Exemple:
Machine 3 kW, 220 V, I = 15 A
Résistances à froid: R inducteur= 0,55 Ω; R induit= 1,1 Ω
• Génératrice à excitation composée
C’est la combinaison des deux modèles précédents. Les deux enroulements peuvent être montés en courte(fig. 4a) ou en longue dérivation (fig. 4b). Les flux peuvent s’ajouter (flux additifs) ou se retrancher (flux soustractifs).
Exemple:
Machine 3 kW, 220 V, I = 14 A, J = 0,4 A
Résistances à froid: R inducteur= 1,82 Ω; R’induit= 208 Ω; R”induit= 0,44 Ω
Il faut noter que ce mode d’excitation est actuellement peu utilisé dans l’industrie.
Essais des génératrices
• Marche à vide
Quand une dynamo à excitation indépendante tourne à vide, c’est-à-dire lorsqu’elle n’est raccordée à aucun circuit extérieur et que l’induit ne débite aucun courant, une variation du courant d’excitation ou de la vitesse de rotation entraîne une variation correspondante de la tension induite.
Effet du courant d’excitation. Si l’on augmente le courant d’excitation, la f.m.m. de l’enroulement d’inducteur augmente, ce qui augmente le flux dans la machine. Par conséquent, les conducteurs coupent un plus grand nombre de lignes par seconde et la tension aux bornes de l’induit (entre les balais) augmente. Lorsque ce courant est faible, la perméabilité de l’entrefer étant constante, le flux croît proportionnellement au courant d’excitation. Mais, lorsque le fer de l’inducteur et de l’induit se sature, la perméabilité diminue et le flux ne croît plus. On dit que la machine est saturée.
Si l’on trace la valeur de la tension induite enfonction du courant d’excitation, la vitesse de rotation étant maintenue constante, on obtient la courbe de saturation de la génératrice (fig.5).
On peut donc faire varier la tension induite à volonté en faisant varier le courant d’excitation. La tension nominale de la machine est habituellement située un peu plus haut que le “coude” de la courbe de saturation.
Quand les bornes du circuit d’excitation sont interverties, le courant circule en sens inverse dans l’enroulement d’excitation , ce qui entraîne le changement de la polarité de la tension induite.
Effet de la vitesse de rotation. Lorsqu’on augmente la vitesse de rotation sans faire varier le courant d’excitation, le nombre de lignes coupées par seconde augmente en proportion, ce qui augmente la tension induite. La tension Exyest proportionnelle à la vitesse de rotation de l’induit (fig. 6).
E1= (p/a) NΦn1
⇒E1/ E2= n1/ n2
E2= (p/a) NΦn2
Quand on change le sens de rotation de la génératrice, la polarité des bornes x et y change aussi. Si l’on change à la foisla polarité de la tension d’excitation et le sens de rotation, la polarité ne change pas.
• Réglage de la tension
Les particularités citées ci-dessus sont valables entièrement pour une génératrice à excitation indépendante. Quand il s’agît d’une génératrice à excitation en dérivation (excitation shunt), dont le grand avantage réside dans le fait qu’elle n’exige aucune source extérieure, on peut facilement régler la valeur de la tension au moyen d’une résistance variable intercalée en série avec l’enroulement de l’inducteur (fig. 7) . Cette résistance variable porte le nom de rhéostat d’excitation.
La tension E xy prend sa valeur nominale quand le curseur p du rhéostat est au milieu. Si on déplace le couseur vers l’extrémité m, la valeur de la résistance diminue, donc le courant d’excitation augmente, le flux augmente aussi, donc la tension induite augmente. Si on déplace le curseur vers l’extrémiténse passe l’inverse et la tension induite diminue.
Si l’on connaît la courbe de saturation et la résistance totale RΣdu champ et du rhéostat, on peut facilement déterminer la valeur de la tension induite. Il suffit detracer sur le graphique de la courbe de saturation, une droite correspondant à la résistance RΣ. Le point de coupure de cette droite avec la courbe correspond à la tension induite. Par exemple (fig. 8), si la résistance de l’inducteur est de 50 Ωet si celle du rhéostat est nulle, la droite passe par le point E= 50 V, I= 1 A. Cette droite coupe la courbe de saturation à un point correspondant à une tension de 150 V. Etant donné que la résistance du rhéostat est nulle, cela représente la tension maximale que peut atteindre la génératrice à excitation shunt. En déplaçant le couseur p, la résistance de l’inducteur augmente et lorsqu’elle est de 120 Ωon obtient une nouvelle droite coupant la courbe à une tension E0= 120 V.
• Marche en charge
L’induit d’une génératrice est formé d’un grand nombre de conducteurs ayant une certaine résistance. On appelle résistance de l’induit celle que l’on peut mesurer entre les balais de la machine. Elle est généralement très faible(souvent de l’ordre du centième d’ohm); elle dépend essentiellement de la puissance et de la tension de la machine.
On peut donc représenter le circuit de l’induit par une résistance Raen série avec une tension E0, cette dernière représentant la tension induite(fig.9a). Lorsque la machine tourne à vide, la tension entre les balais Ecest égale à la tension induite E0, car la chute de tension dans la résistance de l’induit est nulle puisqu’il n’y circule aucun courant.
Par contre, lorsque l’on relie l’induit à une charge, ce courant de la charge I provoque une chute de tension dans la résistance Ra. La tension Ecobtenue entre les balais (et par conséquent aux bornes de la charge) est inférieure à la tension induite E0. (fig.9b)
A mesure que la charge augmente, la tension aux bornes de la charge diminue progressivement. Le graphique représentant cette variation de la tension pour les différentes valeurs du courant débité porte le nom de caractéristique en charge. Outre la résistance de l’induit, le phénomène deréaction de l’induitfait aussi baisser la tension aux bornes de la génératrice. En effet, le passage du courant dans les conducteurs de l’induit donne naissance à une f.m.m. qui tend à déformer et à réduire leflux provenant des pôles. Cet affaiblissement du flux provoque une diminution correspondante de la tension induite E0et, par suite, de la tension aux bornes.
Dans le cas d’une génératrice shunt(à excitation en dérivation), la variation de la tension aux bornes avec le courant débité est plus grande que dans le cas d’une génératrice à excitation indépendante. En effet, la tension induite dans cette dernière est à peu près constante. Ce n’est pas le cas pour la génératrice shunt, car le courant d’excitation et le flux varient avec la tension entre les balais.
Pour la génératrice shunt,la baisse de tension entre les conditions à vide et les conditions de pleine charge est de l’ordre de 15%, tandis que pour une génératrice à excitation indépendante, elle est seulement de l’ordre de 10%.
Lorsqu’il s’agît d’une dynamo dont l’inducteur est en série avec l’induit, le phénomène est plus compliqué. La petite f.é.m. due à la rémanence du circuit magnétique crée un courant de faible intensité dans le circuit induit - inducteur - rhéostat. Deux cas sont alors possibles:
a) le courant précédent (qui circule dans l’inducteur) renforce le champ rémanent: la f.é.m. augmente, entraînant un accroissement du courant si bien que la dynamo peut atteindre son fonctionnement normal (on parle alors d’auto-amorçage);
b) le courant circule dans un sens tel qu’il réduit le champ rémanent: le champ s’annule pratiquement, si bien que la dynamo ne peut plus auto-amorçage; le courant débité reste pratiquement nul.
Différents modes d’excitation
Une machine à courant continu comporte deux circuits électriques:l’enroulement de l’induit et l’enroulement de l’inducteur. Ces deux circuits peuvent être couplés l’un par rapport à l’autre de différentes manières ce qui définie les différents types de machines.
• Génératrice à excitation indépendante
Le flux dans la machine est créé par le passage d’un courant d’excitation J dans l’enroulement de l’inducteur. Lorsque ce courant continu est fourni par une source indépendante, c’est-à-dire séparée de la machine, on dit que la génératrice est à excitation indépendanteou à excitation séparée (fig.1).
fig.1
• Génératrice à excitation en dérivation
L’enroulement induit et l’enroulement inducteur sont montés en parallèle: l’induit générateuralimente l’enroulement d’excitation de la machine qu’on dit être auto-excitée (fig.2).
L’enroulement inducteur comporte un grand nombre de spires en fil fin, le courant admis sousla tension Une devant dériver que de 2% à 5% environ du courant total.
Exemple:
Machine 3 kW, 220 V, I = 16,5 A, J = 0,56A
Résistances à froid: R inducteur= 270 Ω; R induit= 1,84 Ω
Fig. 2.
• Génératrice à excitation série
L’enroulement inducteur est en série avec l’induit et ne doit entraîner qu’une chute de tension de 3% environ, il a donc une faible résistance et comporte peu de spires de gros fil (fig. 3).
Exemple:
Machine 3 kW, 220 V, I = 15 A
Résistances à froid: R inducteur= 0,55 Ω; R induit= 1,1 Ω
Fig. 3
• Génératrice à excitation composée
C’est la combinaison des deux modèles précédents. Les deux enroulements peuvent être montés en courte(fig. 4a) ou en longue dérivation (fig. 4b). Les flux peuvent s’ajouter (flux additifs) ou se retrancher (flux soustractifs).
Exemple:
Machine 3 kW, 220 V, I = 14 A, J = 0,4 A
Résistances à froid: R inducteur= 1,82 Ω; R’induit= 208 Ω; R”induit= 0,44 Ω
Il faut noter que ce mode d’excitation est actuellement peu utilisé dans l’industrie.
a) Les enroulements montés en “courte dérivation” (flux additifs)
fig. 4a
b) Les enroulements montés en “longue dérivation” (flux soustractifs)
fig. 4b
Essais des génératrices
• Marche à vide
Quand une dynamo à excitation indépendante tourne à vide, c’est-à-dire lorsqu’elle n’est raccordée à aucun circuit extérieur et que l’induit ne débite aucun courant, une variation du courant d’excitation ou de la vitesse de rotation entraîne une variation correspondante de la tension induite.
Effet du courant d’excitation. Si l’on augmente le courant d’excitation, la f.m.m. de l’enroulement d’inducteur augmente, ce qui augmente le flux dans la machine. Par conséquent, les conducteurs coupent un plus grand nombre de lignes par seconde et la tension aux bornes de l’induit (entre les balais) augmente. Lorsque ce courant est faible, la perméabilité de l’entrefer étant constante, le flux croît proportionnellement au courant d’excitation. Mais, lorsque le fer de l’inducteur et de l’induit se sature, la perméabilité diminue et le flux ne croît plus. On dit que la machine est saturée.
Si l’on trace la valeur de la tension induite enfonction du courant d’excitation, la vitesse de rotation étant maintenue constante, on obtient la courbe de saturation de la génératrice (fig.5).
Fig. 5.
On peut donc faire varier la tension induite à volonté en faisant varier le courant d’excitation. La tension nominale de la machine est habituellement située un peu plus haut que le “coude” de la courbe de saturation.
Quand les bornes du circuit d’excitation sont interverties, le courant circule en sens inverse dans l’enroulement d’excitation , ce qui entraîne le changement de la polarité de la tension induite.
Effet de la vitesse de rotation. Lorsqu’on augmente la vitesse de rotation sans faire varier le courant d’excitation, le nombre de lignes coupées par seconde augmente en proportion, ce qui augmente la tension induite. La tension Exyest proportionnelle à la vitesse de rotation de l’induit (fig. 6).
E1= (p/a) NΦn1
⇒E1/ E2= n1/ n2
E2= (p/a) NΦn2
Quand on change le sens de rotation de la génératrice, la polarité des bornes x et y change aussi. Si l’on change à la foisla polarité de la tension d’excitation et le sens de rotation, la polarité ne change pas.
Fig. 6.
• Réglage de la tension
Les particularités citées ci-dessus sont valables entièrement pour une génératrice à excitation indépendante. Quand il s’agît d’une génératrice à excitation en dérivation (excitation shunt), dont le grand avantage réside dans le fait qu’elle n’exige aucune source extérieure, on peut facilement régler la valeur de la tension au moyen d’une résistance variable intercalée en série avec l’enroulement de l’inducteur (fig. 7) . Cette résistance variable porte le nom de rhéostat d’excitation.
La tension E xy prend sa valeur nominale quand le curseur p du rhéostat est au milieu. Si on déplace le couseur vers l’extrémité m, la valeur de la résistance diminue, donc le courant d’excitation augmente, le flux augmente aussi, donc la tension induite augmente. Si on déplace le curseur vers l’extrémiténse passe l’inverse et la tension induite diminue.
Fig. 7.
Si l’on connaît la courbe de saturation et la résistance totale RΣdu champ et du rhéostat, on peut facilement déterminer la valeur de la tension induite. Il suffit detracer sur le graphique de la courbe de saturation, une droite correspondant à la résistance RΣ. Le point de coupure de cette droite avec la courbe correspond à la tension induite. Par exemple (fig. 8), si la résistance de l’inducteur est de 50 Ωet si celle du rhéostat est nulle, la droite passe par le point E= 50 V, I= 1 A. Cette droite coupe la courbe de saturation à un point correspondant à une tension de 150 V. Etant donné que la résistance du rhéostat est nulle, cela représente la tension maximale que peut atteindre la génératrice à excitation shunt. En déplaçant le couseur p, la résistance de l’inducteur augmente et lorsqu’elle est de 120 Ωon obtient une nouvelle droite coupant la courbe à une tension E0= 120 V.
Méthode pour déterminer la valeur de la tension induite
Fig. 8.
• Marche en charge
L’induit d’une génératrice est formé d’un grand nombre de conducteurs ayant une certaine résistance. On appelle résistance de l’induit celle que l’on peut mesurer entre les balais de la machine. Elle est généralement très faible(souvent de l’ordre du centième d’ohm); elle dépend essentiellement de la puissance et de la tension de la machine.
On peut donc représenter le circuit de l’induit par une résistance Raen série avec une tension E0, cette dernière représentant la tension induite(fig.9a). Lorsque la machine tourne à vide, la tension entre les balais Ecest égale à la tension induite E0, car la chute de tension dans la résistance de l’induit est nulle puisqu’il n’y circule aucun courant.
Par contre, lorsque l’on relie l’induit à une charge, ce courant de la charge I provoque une chute de tension dans la résistance Ra. La tension Ecobtenue entre les balais (et par conséquent aux bornes de la charge) est inférieure à la tension induite E0. (fig.9b)
A mesure que la charge augmente, la tension aux bornes de la charge diminue progressivement. Le graphique représentant cette variation de la tension pour les différentes valeurs du courant débité porte le nom de caractéristique en charge. Outre la résistance de l’induit, le phénomène deréaction de l’induitfait aussi baisser la tension aux bornes de la génératrice. En effet, le passage du courant dans les conducteurs de l’induit donne naissance à une f.m.m. qui tend à déformer et à réduire leflux provenant des pôles. Cet affaiblissement du flux provoque une diminution correspondante de la tension induite E0et, par suite, de la tension aux bornes.
a) Circuit équivalent d’une génératrice b)Caractéristique en charge d’une
en charge génératrice à c.c.
Fig. 9
Dans le cas d’une génératrice shunt(à excitation en dérivation), la variation de la tension aux bornes avec le courant débité est plus grande que dans le cas d’une génératrice à excitation indépendante. En effet, la tension induite dans cette dernière est à peu près constante. Ce n’est pas le cas pour la génératrice shunt, car le courant d’excitation et le flux varient avec la tension entre les balais.
Pour la génératrice shunt,la baisse de tension entre les conditions à vide et les conditions de pleine charge est de l’ordre de 15%, tandis que pour une génératrice à excitation indépendante, elle est seulement de l’ordre de 10%.
Lorsqu’il s’agît d’une dynamo dont l’inducteur est en série avec l’induit, le phénomène est plus compliqué. La petite f.é.m. due à la rémanence du circuit magnétique crée un courant de faible intensité dans le circuit induit - inducteur - rhéostat. Deux cas sont alors possibles:
a) le courant précédent (qui circule dans l’inducteur) renforce le champ rémanent: la f.é.m. augmente, entraînant un accroissement du courant si bien que la dynamo peut atteindre son fonctionnement normal (on parle alors d’auto-amorçage);
b) le courant circule dans un sens tel qu’il réduit le champ rémanent: le champ s’annule pratiquement, si bien que la dynamo ne peut plus auto-amorçage; le courant débité reste pratiquement nul.
Génératrice à courant continu
Constitution
Une machine à courant continu comporte trois parties principales : l’inducteur, l’induit et lecollecteur avec les balais.
Inducteur
L’inducteur produit le flux magnétique dans la machine. Il est constitué d’un électro-aimant qui engendre la force magnétomotrice nécessaire à la production du flux. Dans les machines bipolaires (à deux pôles) (fig.1.1) les bobines magnétisantes sont portées par deux noyaux polaires (fig.1.2). et le circuit magnétique est complété par deux demi-culasses. La culasse est généralement en fonte d’acier, tandis que les noyaux polaires sont formés de tôles d’acier doux. Les bobines magnétisantes sont alimentées encourant continu et le courant qui les traverse porte le nom de courant d’excitation. Quand l’inducteur est constitué d’un aimant permanent, la machine porte le nom de magnéto.
Le nombre de pôles que porte l’inducteur dépend surtout de la grosseur de la machine. Plus une machine est puissante et plus sa vitesse est basse, plus elle aura de pôles. En utilisant plus de deux pôles on réduit les dimensions et le coût des grandes machines.
Les bobines magnétisantes d’un inducteur multipolaire (qui comporte un nombre de pôles 2p supérieur à deux, mais nécessairement pair) sont connectées de façon à ce que les pôles adjacents aient des polarités magnétiques contraires (fig.1.3). Ces bobines sont composées de plusieurs centaines de spires et porte un courant relativement faible. Elles sont enveloppées de plusieurs couches de ruban de coton et bien isolé des noyaux polaires afin de réduire les risques de court-circuit.
Les lignes du champ magnétique produit par l’inducteur traversent deux fois l’entre fer qui sépare le rotor et le stator et se renferment par l’une des deux demi-culasses. L’entrefer est de l’ordre de 1,5 mm à 5 mm.
Comme l’induit et l’inducteur sont construits avec des matériaux possédant une bonne perméabilité, la majeur partie de la f.m.m. sertà produire le flux dans l’entrefer. Donc, en réduisant la longueur de celui-ci, on peut diminuer les dimensions des bobines magnétisantes. Sous les pôles, dans l’entrefer, les lignes de champ sont pratiquement radiales et le vecteur Ba une norme sensiblement constante (fig.1.4).
Remarquons que le rotor n’entraîne pas les lignes de champ dans son mouvement: la topographie du champ magnétique n’est pratiquement pas modifiée par la rotation de l’armature.
L’induit
L’induit constitue l’ensemble des conducteurs qui coupent le flux magnétique. Ces conducteurs sont enroulés sur une armature (noyau) magnétique(fig.1.5a) formée d’un assemblage de tôles en fer doux. Ces tôles sont isolées les unes des autres et portent des encoches destinées à recevoir les conducteurs (fig.1.5b).
Les conducteurs de l’induit sont parcourus par le courant débité par la machine. Ils sont isolés du noyau par plusieurs couches de papier ou de mica. Pour résister aux forces centrifuges, ils sont maintenus solidement en place dans les encoches au moyen de cales en fibre. Si le courant est faible, on emploie des conducteurs ronds, mais s’il dépasse une cinquantaine d’ampères, on se sert de conducteurs rectangulaires qui permettent une meilleure utilisation du volume de l’encoche.
L’induit est monté sur un arbre et tourne entre les pôles de l’inducteur.
Collecteur et balais
Le collecteur est un ensemble de lames(ou de segments) de cuivre isolées les unes des autres par des feuilles de mica et montées sur l’arbre de la machine, mais isolées de celui-ci (fig.1.6a). Les conducteurs de l’induit sont reliés aux lames en cuivre. Dans une génératrice bipolaire, deux balais fixes diamétralement opposés appuient sur le collecteur et assurent le contact électrique entre l’induit et un circuit extérieur.
L’ensemble des spires situées entre deux lames porte le nom de section; les conducteurs actifs, c’est-à-dire disposés dans les encoches, constituent deux faisceaux (numérotés 1et 2). Si N est le nombre total des conducteurs actifs de l’enroulement, chaque faisceau comporte N/2de ces conducteurs.
La construction du collecteur demande un soin considérable, car, s’il fallait qu’une des lames dépasse les autres d’une fraction de millimètre seulement, des étincelles seraient produites par le rebondissement des balais quand la machine est en charge. De telles étincelles rongeraient et détérioreraient les balais, tout en surchauffantet en carbonisant le collecteur, ce qui ne peut être toléré.
Les machines multipolaires ont autant de balais quede pôles et ces balais sont reliés entre eux en deux groupes distincts pour constituer deux bornes (fig.1.6c). Plus le courant venant du collecteur est grand, plus on connecte de balais en parallèle.
Les balais (fig.1.6b) sont faits en carbone car ce matériau possède à la fois une bonne conductivité thermique et électrique et il est assez doux pour ne pas user indûment le collecteur. Pour améliorer leur conductivité, on ajoute parfois au carbone une petite quantité de cuivre.
La pression des balais sur le collecteur peut être réglée à une valeur appropriée grâce à des ressorts ajustables. Si la pression est trop grande, le frottement provoque un échauffement excessif du collecteur et des balais. Par contre, si elle est trop faible, le contact imparfait peut produire des étincelles. La pression des balais sur le collecteur est généralement de l’ordre de1,5 N/cm²et la densité du courant qui les traverse est d’environ 10 A/cm².
Par exemple : un balai ayant une largeur de 3 cmet une épaisseur de 1 cmexerce une pression de 4,5 Nsur le collecteur et porte un courant de 30 A.
Enroulement imbriqué
Les bobines de l’induit peuvent être reliées entre elles et au collecteur de plusieurs manières; une des plus employées est l’enroulement imbriqué.
Afin de comprendre ce genre d’enroulement, considérons une simple bobine qui tourne entre les deux pôles d’un inducteur (fig.1.7a). Une tension alternative sera induite entre ses bornes (fig.1.7b).
La valeur instantanée de cette tension dépend de la position de la bobine (fig.1.7c).
Supposons que la tension maximale soit de 10 V.Sur la figure ci-dessous on peut voir les valeurs et les polarités des tensions pour les positions successives de la bobine (fig.1.7d).
Imaginons maintenant un induit possédant 8 bobines, identiques à la décrite (fig. 1.8). Les bobines sont distribuées uniformément autour de l’induit, à 45° les unes par rapport aux autres.Elles sont numérotées de 1 à 8 et logées dans 8 encoches.
Faisons tourner cet ensemble de 8 bobines à la même vitesse. Chaque bobine génère une tension et une polarité correspondant à sa position. Notons que les bobines 1,5sont logées dans les mêmes encoches; par conséquent, les tensions induites sont les mêmes, mais de polarités contraires. Il est de même pour les bobines 2,6; 3,7et 4,8.
Si l’on considère l’instant particulier où la bobine 1est à 0°, la tension dans cette bobine est nulle, et les tensions dans les autres bobines sonttelles que sur la figure. Un instant plus tard, lorsque l’induit tourne à 45°, la tension de la bobine 1est de + 7V, celle de bobine 2est nulle, celle de bobine 3est de - 7V, et ainsi de suite.
Si on relie les bobines pour créer une boucle fermée, comme les tensions induites dans les bobines logées dans les mêmes encoches s’annulent, la somme algébrique des tensions autour de la boucle est nulle à tout instant. Donc, aucun courant ne circule dans la boucle et les tensions restent les mêmes.
Si on connecte les bobines à un collecteur de 8 segments (fig.1.9), il est évident que la tension induite dans chaque bobine apparaît entre deux segments consécutifs. La tension Exyentre les balaisxet yest égale à la somme des tensions entre les segments:
Exy= + 7 + 10 + 7 = + 24 V
Étant donné que la somme des tensions On place les balais à l’endroit produisant
autour de la boucle est nulle, on peut la plus grande tension Exy
la fermer sans produire un courant de
circulation
Lorsque l’induit tourne de 45°, les tensions induites sont les mêmes, sauf qu’elles sont générées par un autre groupes de bobines. Il s’ensuit que la tension entre les balais demeure constante à 24 V et que le balai xdemeure toujours positif par rapport au balai y. Il faut noter que lorsque l’induit tourne de 22,5° par rapport à la position originale, il y a 4 bobines entres les balais (au lieu de 3), de sorte que la tension est légèrement différente de 24 V. La tension entre les balais fluctue donc autour d’une valeur moyenne de 24 V.
Comme on voit sur la figure le balais xest en contact avec deux segments, mettant la bobine 1en court-circuit. De la même façon, le balai ycourt-circuite la bobine 5. Mais comme la tension induite dans ces bobines est nulle, ce court-circuit momentané n’a aucun effet. Par contre, si les balais sont déplacés de 45° dans le sens horaire, ils court-circuiteront les bobines 2 et 6. Mais la tension de 7 V générée par ces bobine donnera naissance à un courant de court-circuit important qui risque de produire des étincelles et de provoquer la destruction progressive des balais et de la surface du collecteur. On dit que ces étincelles sont dues à une mauvaise commutation.
Le déplacement des balais occasionne aussi une diminution de la tension entre les balais, même si la tension induite dans les bobines demeurent inchangées. En effet, si les balais sont déplacés de 45°, la tension Exy= 17 V au lieu de 24 V. Enfin, sil’on déplace les balais de 90°, la tension tombe à 0 V, mais les balais court-circuitent les deux bobines qui génèrent une tension de 10 V.
Si on représente le schéma panoramiquede l’enroulement (fig.1.10) qui est obtenu en développantsur un plan la surface latérale du rotor, ainsi que celle du collecteur et en disposant côte à côteles deux faisceaux superposésdans une même encoche (les faisceaux périphériques sont représentés par des segments droits et les faisceaux profonds par des pointilles), on voit que les sections apparaissent imbriquéesles unes dans les autres: ainsi cet enroulement est dit imbriqué.
En pratique, l’induit comporte beaucoup plus que8 bobines (par exemple, une génératrice de 250 kW, 250 V, 1200 tr/min peut contenir 240 bobines) et le collecteur respectivement est composés de même nombre de segments.
Zone neutre
Les zones neutres sont les endroits situés à la surface de l’induit où la densité du flux est nulle. Lorsque la génératrice fonctionne à vide, les zones neutres se trouvent exactement à mi-chemin entre les pôles. Aucune tension n’est induite dans une bobine traversant une zone neutre, c’est pourquoi on cherche à disposer les balais autour de collecteur afin qu’ils soient en contact avec les bobines franchissant ces zones neutres. On assure en même temps une tension maximale entre les balais.
Génératrices multipolaires
Lorsqu’une machine à courant continu doit avoir une puissance élevée (plusieurs kilowatts), elle n’est plus bipolaire. Son stator comporte un nombre de pôles 2psupérieur à deux (mais nécessairement pair); ces pôles alternativement Nord et Sud sont régulièrement disposés à la périphérie du rotor (fig. 1.11). Son enroulement d’induit présente alors 2a voies (nombre pair) en parallèle.
Les solutions technologiques retenues sont diverses mais les principes adoptés restent valables comme pour l’enroulement bipolaire à deux voies:
• Chaque encoche contient toujours deux faisceaux superposés;
• L’enroulement, fermé sur lui-même, est constitué de sections identiques connectées en série; chacune de ces sections comporte un faisceau périphérique dans une encoche et un faisceau profond dans l’autre, son entréesoudée à une lame du collecteur et sa sortieà une autre lame;
• L’ouverturedes sections est égale à l’angle séparant deux pôles successifs, c’est-à-dire égale au pas polaire π/ p; ainsi, pour chaque section, le faisceau périphérique d’une part et le faisceau profond d’autre part occupent, à tout instant, la même position par rapport au pôle en regard h les forces électromagnétiques s’exerçant sur les deux faisceaux sont constamment égales et de même sens par rapport au rotor.
Force électromotrice induite
Par suite de la rotation, les conducteurs actifs coupent les lignes du champ magnétique: ils sont donc siège de f.é.m. induites. Il est facile de constater que les f.é.m. induites dans tous les faisceaux appartenant à une même voies sont de même sens le long de cette voie: la f.é.m. E dans une voie est la somme des f.é.m. induites dans tous les conducteurs actifs de cette voie.
La f.é.m. d’une voie retrouve la même valeur lorsque le rotor a tourné d’un pas d’encoche: cette f.é.m. ondule très peu autour de sa valeur moyenne E(on confond désormais E et E).
Les 2avoies de l’enroulement d’induit étant en parallèle, E est aussi la f.é.m; de la machine. Lorsqu’un conducteur actif passe d’une ligne neutre à la suivante, il coupe un flux Φ; si ∆test le temps correspondant, la f.é.m. e induite dans un tel conducteur a pour valeur moyenne
e = Φ/ ∆t
Or, si la fréquence de rotation est ntours/seconde, la durée de 1 tour a pour expression
1 seconde / n = 1 / n [s]
Le passage d’un conducteur sous un pôle étant 2pfois plus bref, l’intervalle de temps ∆test égal à
∆t = (1/n) / 2p = 1 / 2pn
d’où: e = Φ/ (1/2pn) = 2 p n Φ
Chacune des 2avoies comporte N / 2aconducteurs actifs, si bien que
E = (N / 2a) e = (N / 2a) 2p n Φ
E = p/a N Φn
où: Φen Wb; n en tr/s; Een V.
Réaction d’induit
Jusqu’à présent nous avons supposé que seule la f.m.m. de l’enroulement inducteur agissait sur le circuit magnétique d’une machine à courant continu. Cependant, le passage du courant dans les conducteurs de l’induit crée également force magnétomotrice qui a pour effet de déformer et d’affaiblir le flux provenant des pôles. L’action magnétique de la f.m.m. de l’induit est appelée réaction d’induit.
Pour comprendre la réaction d’induit, on doit connaître le sens des courants circulant dans les conducteurs de l’induit situés en dessous dechacun des pôles. On peut facilement le déterminer lorsqu’on connaît le sens de rotation de la machine. Il s’ensuit que les courants circulant dans les conducteurs doivent s’opposerau déplacement (la loi de Lenz).
Lorsqu’un générateur fonctionne à faible charge, le faible courant circulant dans l’induit ne modifie pas de façon appréciable le champ magnétique Φ1provenant des pôles (fig.1.12a).
Mais quand le courant dans l’induit devient important, il produit une f.m.m. élevée créant un champ magnétique Φ2(fig.1.12b). La somme des champs Φ1et Φ2donne le champ résultant Φ3.(fig.1.12c) On constate que la densité du flux augmente sous la moitié gauche du pôle, alors qu’elle diminue sous la moitié droite.
a) Champ dû à l’inducteur b) Champ dû au courant circulant c) Champ résultant dû à la
dans l’induit réaction d’induit
Ce phénomène a deux conséquences. D’abord, la zone neutre se déplace vers la gauche (avec le sens de rotation). Ensuite, à cause de la saturation de l’extrémité A du pôle, l’augmentation
de flux produite sous la partie gauche ne réussit pas à compenser la diminution sous la partie droite; le flux Φ3en charge est légèrement inférieur au flux Φ1à vide. Pour les gros générateur cette diminution peut être de l’ordre de 5%.
En outre, si l’on veut éviter une mauvaise commutation, on doit réajuster les balais sur la nouvelle zone neutre. Pour les génératrices les balais doivent être déplacés dans le sens derotation.
Une fois les balais déplacés, la commutation est bonne; cependant, si le courant diminue, la f.m.m. de l’induit baisse et le point neutreoccupe une nouvelle position située entre les deux positions précédentes. Il faut alors déplacer à nouveau les balais pour obtenir une commutation sans étincelles. Ce procédé est inacceptable lorsque le courant varie fréquemment et de façon très remarquée. Dans les générateurs de faible puissance (moins que 500 W), on peut se permettre de fixer les balaisà une position intermédiaire, ce qui assurera une commutation acceptable pour toutes les charges.
Pôles de commutation
Pour compenser l’effet de la réaction d’induit, on dispose entre les pôles ordinaires des machines à courant continu des pôles auxiliaires, ou pôles de commutation, calculés pour développer une f.m.m. égale et opposée en touttemps à la f.m.m. de l’induit (fig. 1.13).
L’enroulement des pôles de commutation est doncraccordé en série avec l’induit de façon à ce qu’il soit traversé par le même courant etqu’il développe une f.m.m. proportionnelle au courant d’induit.
On voit sur la figure que la f.m.m. des pôles de commutation s’oppose à la f.m.m. de l’induit, et annule ainsi l’effet de celle-ci. Par conséquent, les bobines court-circuitées par les balais se trouvent dans une zone où la densité du flux est nulle. Il n’est donc plus nécessaire de déplacer les balais.
Une machine à courant continu comporte trois parties principales : l’inducteur, l’induit et lecollecteur avec les balais.
Inducteur
Fig. 1.1
Le nombre de pôles que porte l’inducteur dépend surtout de la grosseur de la machine. Plus une machine est puissante et plus sa vitesse est basse, plus elle aura de pôles. En utilisant plus de deux pôles on réduit les dimensions et le coût des grandes machines.
Fig. 1.2. Pôle d’inducteur
Fig. 1.3. Polarité magnétique
d’une génératrice à 6 pôles
d’une génératrice à 6 pôles
Les bobines magnétisantes d’un inducteur multipolaire (qui comporte un nombre de pôles 2p supérieur à deux, mais nécessairement pair) sont connectées de façon à ce que les pôles adjacents aient des polarités magnétiques contraires (fig.1.3). Ces bobines sont composées de plusieurs centaines de spires et porte un courant relativement faible. Elles sont enveloppées de plusieurs couches de ruban de coton et bien isolé des noyaux polaires afin de réduire les risques de court-circuit.
Les lignes du champ magnétique produit par l’inducteur traversent deux fois l’entre fer qui sépare le rotor et le stator et se renferment par l’une des deux demi-culasses. L’entrefer est de l’ordre de 1,5 mm à 5 mm.
Comme l’induit et l’inducteur sont construits avec des matériaux possédant une bonne perméabilité, la majeur partie de la f.m.m. sertà produire le flux dans l’entrefer. Donc, en réduisant la longueur de celui-ci, on peut diminuer les dimensions des bobines magnétisantes. Sous les pôles, dans l’entrefer, les lignes de champ sont pratiquement radiales et le vecteur Ba une norme sensiblement constante (fig.1.4).
Flux magnétique dans l’entrefer
Fig. 1.4
Fig. 1.4
Remarquons que le rotor n’entraîne pas les lignes de champ dans son mouvement: la topographie du champ magnétique n’est pratiquement pas modifiée par la rotation de l’armature.
L’induit
L’induit constitue l’ensemble des conducteurs qui coupent le flux magnétique. Ces conducteurs sont enroulés sur une armature (noyau) magnétique(fig.1.5a) formée d’un assemblage de tôles en fer doux. Ces tôles sont isolées les unes des autres et portent des encoches destinées à recevoir les conducteurs (fig.1.5b).
Les conducteurs de l’induit sont parcourus par le courant débité par la machine. Ils sont isolés du noyau par plusieurs couches de papier ou de mica. Pour résister aux forces centrifuges, ils sont maintenus solidement en place dans les encoches au moyen de cales en fibre. Si le courant est faible, on emploie des conducteurs ronds, mais s’il dépasse une cinquantaine d’ampères, on se sert de conducteurs rectangulaires qui permettent une meilleure utilisation du volume de l’encoche.
a) Le noyau d’induit composé d’un empillage
de tôles d’acier
de tôles d’acier
b) Les conducteurs retenus dans
les encoches par des cales en fibre
les encoches par des cales en fibre
Fig. 1.5
L’induit est monté sur un arbre et tourne entre les pôles de l’inducteur.
Collecteur et balais
Le collecteur est un ensemble de lames(ou de segments) de cuivre isolées les unes des autres par des feuilles de mica et montées sur l’arbre de la machine, mais isolées de celui-ci (fig.1.6a). Les conducteurs de l’induit sont reliés aux lames en cuivre. Dans une génératrice bipolaire, deux balais fixes diamétralement opposés appuient sur le collecteur et assurent le contact électrique entre l’induit et un circuit extérieur.
L’ensemble des spires situées entre deux lames porte le nom de section; les conducteurs actifs, c’est-à-dire disposés dans les encoches, constituent deux faisceaux (numérotés 1et 2). Si N est le nombre total des conducteurs actifs de l’enroulement, chaque faisceau comporte N/2de ces conducteurs.
La construction du collecteur demande un soin considérable, car, s’il fallait qu’une des lames dépasse les autres d’une fraction de millimètre seulement, des étincelles seraient produites par le rebondissement des balais quand la machine est en charge. De telles étincelles rongeraient et détérioreraient les balais, tout en surchauffantet en carbonisant le collecteur, ce qui ne peut être toléré.
Les machines multipolaires ont autant de balais quede pôles et ces balais sont reliés entre eux en deux groupes distincts pour constituer deux bornes (fig.1.6c). Plus le courant venant du collecteur est grand, plus on connecte de balais en parallèle.
a) Collecteur avec la fixation des sections; b) Balais avec le porte-balais; c)Groupement des balais sur une machine à 6 pôles Fig. 1.6
Les balais (fig.1.6b) sont faits en carbone car ce matériau possède à la fois une bonne conductivité thermique et électrique et il est assez doux pour ne pas user indûment le collecteur. Pour améliorer leur conductivité, on ajoute parfois au carbone une petite quantité de cuivre.
La pression des balais sur le collecteur peut être réglée à une valeur appropriée grâce à des ressorts ajustables. Si la pression est trop grande, le frottement provoque un échauffement excessif du collecteur et des balais. Par contre, si elle est trop faible, le contact imparfait peut produire des étincelles. La pression des balais sur le collecteur est généralement de l’ordre de1,5 N/cm²et la densité du courant qui les traverse est d’environ 10 A/cm².
Par exemple : un balai ayant une largeur de 3 cmet une épaisseur de 1 cmexerce une pression de 4,5 Nsur le collecteur et porte un courant de 30 A.
Enroulement imbriqué
Les bobines de l’induit peuvent être reliées entre elles et au collecteur de plusieurs manières; une des plus employées est l’enroulement imbriqué.
Afin de comprendre ce genre d’enroulement, considérons une simple bobine qui tourne entre les deux pôles d’un inducteur (fig.1.7a). Une tension alternative sera induite entre ses bornes (fig.1.7b).
La valeur instantanée de cette tension dépend de la position de la bobine (fig.1.7c).
Supposons que la tension maximale soit de 10 V.Sur la figure ci-dessous on peut voir les valeurs et les polarités des tensions pour les positions successives de la bobine (fig.1.7d).
Fig. 1.7.
Faisons tourner cet ensemble de 8 bobines à la même vitesse. Chaque bobine génère une tension et une polarité correspondant à sa position. Notons que les bobines 1,5sont logées dans les mêmes encoches; par conséquent, les tensions induites sont les mêmes, mais de polarités contraires. Il est de même pour les bobines 2,6; 3,7et 4,8.
Induit portant 8 bobines. Les bobines logées dans
les mêmes encoches produisent des tensions
identiques mais de polarités contraires
les mêmes encoches produisent des tensions
identiques mais de polarités contraires
Vue instantanée des tensions induites
dans les 8 bobines
dans les 8 bobines
Fig. 1.8.
Si l’on considère l’instant particulier où la bobine 1est à 0°, la tension dans cette bobine est nulle, et les tensions dans les autres bobines sonttelles que sur la figure. Un instant plus tard, lorsque l’induit tourne à 45°, la tension de la bobine 1est de + 7V, celle de bobine 2est nulle, celle de bobine 3est de - 7V, et ainsi de suite.
Si on relie les bobines pour créer une boucle fermée, comme les tensions induites dans les bobines logées dans les mêmes encoches s’annulent, la somme algébrique des tensions autour de la boucle est nulle à tout instant. Donc, aucun courant ne circule dans la boucle et les tensions restent les mêmes.
Si on connecte les bobines à un collecteur de 8 segments (fig.1.9), il est évident que la tension induite dans chaque bobine apparaît entre deux segments consécutifs. La tension Exyentre les balaisxet yest égale à la somme des tensions entre les segments:
Exy= + 7 + 10 + 7 = + 24 V
Étant donné que la somme des tensions On place les balais à l’endroit produisant
autour de la boucle est nulle, on peut la plus grande tension Exy
la fermer sans produire un courant de
circulation
Fig. 1.9
Lorsque l’induit tourne de 45°, les tensions induites sont les mêmes, sauf qu’elles sont générées par un autre groupes de bobines. Il s’ensuit que la tension entre les balais demeure constante à 24 V et que le balai xdemeure toujours positif par rapport au balai y. Il faut noter que lorsque l’induit tourne de 22,5° par rapport à la position originale, il y a 4 bobines entres les balais (au lieu de 3), de sorte que la tension est légèrement différente de 24 V. La tension entre les balais fluctue donc autour d’une valeur moyenne de 24 V.
Comme on voit sur la figure le balais xest en contact avec deux segments, mettant la bobine 1en court-circuit. De la même façon, le balai ycourt-circuite la bobine 5. Mais comme la tension induite dans ces bobines est nulle, ce court-circuit momentané n’a aucun effet. Par contre, si les balais sont déplacés de 45° dans le sens horaire, ils court-circuiteront les bobines 2 et 6. Mais la tension de 7 V générée par ces bobine donnera naissance à un courant de court-circuit important qui risque de produire des étincelles et de provoquer la destruction progressive des balais et de la surface du collecteur. On dit que ces étincelles sont dues à une mauvaise commutation.
Le déplacement des balais occasionne aussi une diminution de la tension entre les balais, même si la tension induite dans les bobines demeurent inchangées. En effet, si les balais sont déplacés de 45°, la tension Exy= 17 V au lieu de 24 V. Enfin, sil’on déplace les balais de 90°, la tension tombe à 0 V, mais les balais court-circuitent les deux bobines qui génèrent une tension de 10 V.
Si on représente le schéma panoramiquede l’enroulement (fig.1.10) qui est obtenu en développantsur un plan la surface latérale du rotor, ainsi que celle du collecteur et en disposant côte à côteles deux faisceaux superposésdans une même encoche (les faisceaux périphériques sont représentés par des segments droits et les faisceaux profonds par des pointilles), on voit que les sections apparaissent imbriquéesles unes dans les autres: ainsi cet enroulement est dit imbriqué.
Schéma panoramique d’enroulement imbriqué
Fig. 1.10.
Fig. 1.10.
En pratique, l’induit comporte beaucoup plus que8 bobines (par exemple, une génératrice de 250 kW, 250 V, 1200 tr/min peut contenir 240 bobines) et le collecteur respectivement est composés de même nombre de segments.
Zone neutre
Les zones neutres sont les endroits situés à la surface de l’induit où la densité du flux est nulle. Lorsque la génératrice fonctionne à vide, les zones neutres se trouvent exactement à mi-chemin entre les pôles. Aucune tension n’est induite dans une bobine traversant une zone neutre, c’est pourquoi on cherche à disposer les balais autour de collecteur afin qu’ils soient en contact avec les bobines franchissant ces zones neutres. On assure en même temps une tension maximale entre les balais.
Génératrices multipolaires
Lorsqu’une machine à courant continu doit avoir une puissance élevée (plusieurs kilowatts), elle n’est plus bipolaire. Son stator comporte un nombre de pôles 2psupérieur à deux (mais nécessairement pair); ces pôles alternativement Nord et Sud sont régulièrement disposés à la périphérie du rotor (fig. 1.11). Son enroulement d’induit présente alors 2a voies (nombre pair) en parallèle.
Les solutions technologiques retenues sont diverses mais les principes adoptés restent valables comme pour l’enroulement bipolaire à deux voies:
• Chaque encoche contient toujours deux faisceaux superposés;
• L’enroulement, fermé sur lui-même, est constitué de sections identiques connectées en série; chacune de ces sections comporte un faisceau périphérique dans une encoche et un faisceau profond dans l’autre, son entréesoudée à une lame du collecteur et sa sortieà une autre lame;
• L’ouverturedes sections est égale à l’angle séparant deux pôles successifs, c’est-à-dire égale au pas polaire π/ p; ainsi, pour chaque section, le faisceau périphérique d’une part et le faisceau profond d’autre part occupent, à tout instant, la même position par rapport au pôle en regard h les forces électromagnétiques s’exerçant sur les deux faisceaux sont constamment égales et de même sens par rapport au rotor.
Génératrice multipolaire
Fig. 1.11.
Fig. 1.11.
Force électromotrice induite
Par suite de la rotation, les conducteurs actifs coupent les lignes du champ magnétique: ils sont donc siège de f.é.m. induites. Il est facile de constater que les f.é.m. induites dans tous les faisceaux appartenant à une même voies sont de même sens le long de cette voie: la f.é.m. E dans une voie est la somme des f.é.m. induites dans tous les conducteurs actifs de cette voie.
La f.é.m. d’une voie retrouve la même valeur lorsque le rotor a tourné d’un pas d’encoche: cette f.é.m. ondule très peu autour de sa valeur moyenne E(on confond désormais E et E).
Les 2avoies de l’enroulement d’induit étant en parallèle, E est aussi la f.é.m; de la machine. Lorsqu’un conducteur actif passe d’une ligne neutre à la suivante, il coupe un flux Φ; si ∆test le temps correspondant, la f.é.m. e induite dans un tel conducteur a pour valeur moyenne
e = Φ/ ∆t
Or, si la fréquence de rotation est ntours/seconde, la durée de 1 tour a pour expression
1 seconde / n = 1 / n [s]
Le passage d’un conducteur sous un pôle étant 2pfois plus bref, l’intervalle de temps ∆test égal à
∆t = (1/n) / 2p = 1 / 2pn
d’où: e = Φ/ (1/2pn) = 2 p n Φ
Chacune des 2avoies comporte N / 2aconducteurs actifs, si bien que
E = (N / 2a) e = (N / 2a) 2p n Φ
E = p/a N Φn
où: Φen Wb; n en tr/s; Een V.
Réaction d’induit
Jusqu’à présent nous avons supposé que seule la f.m.m. de l’enroulement inducteur agissait sur le circuit magnétique d’une machine à courant continu. Cependant, le passage du courant dans les conducteurs de l’induit crée également force magnétomotrice qui a pour effet de déformer et d’affaiblir le flux provenant des pôles. L’action magnétique de la f.m.m. de l’induit est appelée réaction d’induit.
Pour comprendre la réaction d’induit, on doit connaître le sens des courants circulant dans les conducteurs de l’induit situés en dessous dechacun des pôles. On peut facilement le déterminer lorsqu’on connaît le sens de rotation de la machine. Il s’ensuit que les courants circulant dans les conducteurs doivent s’opposerau déplacement (la loi de Lenz).
Lorsqu’un générateur fonctionne à faible charge, le faible courant circulant dans l’induit ne modifie pas de façon appréciable le champ magnétique Φ1provenant des pôles (fig.1.12a).
Mais quand le courant dans l’induit devient important, il produit une f.m.m. élevée créant un champ magnétique Φ2(fig.1.12b). La somme des champs Φ1et Φ2donne le champ résultant Φ3.(fig.1.12c) On constate que la densité du flux augmente sous la moitié gauche du pôle, alors qu’elle diminue sous la moitié droite.
a) Champ dû à l’inducteur b) Champ dû au courant circulant c) Champ résultant dû à la
dans l’induit réaction d’induit
Réaction d’induit
Fig. 1.12.
Fig. 1.12.
Ce phénomène a deux conséquences. D’abord, la zone neutre se déplace vers la gauche (avec le sens de rotation). Ensuite, à cause de la saturation de l’extrémité A du pôle, l’augmentation
de flux produite sous la partie gauche ne réussit pas à compenser la diminution sous la partie droite; le flux Φ3en charge est légèrement inférieur au flux Φ1à vide. Pour les gros générateur cette diminution peut être de l’ordre de 5%.
En outre, si l’on veut éviter une mauvaise commutation, on doit réajuster les balais sur la nouvelle zone neutre. Pour les génératrices les balais doivent être déplacés dans le sens derotation.
Une fois les balais déplacés, la commutation est bonne; cependant, si le courant diminue, la f.m.m. de l’induit baisse et le point neutreoccupe une nouvelle position située entre les deux positions précédentes. Il faut alors déplacer à nouveau les balais pour obtenir une commutation sans étincelles. Ce procédé est inacceptable lorsque le courant varie fréquemment et de façon très remarquée. Dans les générateurs de faible puissance (moins que 500 W), on peut se permettre de fixer les balaisà une position intermédiaire, ce qui assurera une commutation acceptable pour toutes les charges.
Pôles de commutation
Pour compenser l’effet de la réaction d’induit, on dispose entre les pôles ordinaires des machines à courant continu des pôles auxiliaires, ou pôles de commutation, calculés pour développer une f.m.m. égale et opposée en touttemps à la f.m.m. de l’induit (fig. 1.13).
L’enroulement des pôles de commutation est doncraccordé en série avec l’induit de façon à ce qu’il soit traversé par le même courant etqu’il développe une f.m.m. proportionnelle au courant d’induit.
On voit sur la figure que la f.m.m. des pôles de commutation s’oppose à la f.m.m. de l’induit, et annule ainsi l’effet de celle-ci. Par conséquent, les bobines court-circuitées par les balais se trouvent dans une zone où la densité du flux est nulle. Il n’est donc plus nécessaire de déplacer les balais.
Les pôles de commutation produisent une f.m.m. égale et opposée à la f.m.m. de l’induit
Fig. 1.13.
Fig. 1.13.
Essais d’un moteur asynchrone triphasé à cage
1. Objectifs visés
Effectuer les essais à vide et en charge d’un moteur asynchrone triphasé afin de déterminer le rendement par la méthode des pertes séparées.
L’utilisation de plusieurs types d’appareils de mesure augmente l’aptitude des stagiaires dans le domaine de mesures électriques.
2. Matériel (Équipement et matière d’œuvre) par équipe:
a) Équipement
b) Matière d’œuvre
3. Description
Les essais d’un moteur asynchrone triphasé à vide et en charge permettent de déterminer son rendement ou de vérifier le rendement indiqué sur la plaque signalétique.
Le bilan de puissance montre que
P utile= P absorbée- pertes
Ces pertes sont:
• les pertes magnétiques pfs(hystérésis et courants de Foucault) dans le stator indépendantes de la charge, elles sont négligeables dans le rotor;
• les pertes mécaniques pm qui sont principalement fonction de la vitesse;
• les pertes Joule dans le stator
pJs= 1,5 R I2;
• les pertes Joule dans le rotor: la puissance transmise (P1= Pa- pfs- pJs) dans le rotor est le produit de la puissance transmise par le glissement:
pJr= g. P1
• le rendement du moteur est égal
η= Pu / Pa= [Pa - (pJs+ pc+ pJr)]/ Pa
4. Essai à vide
Au début il faut mesurer la résistance des enroulements du stator à froid par une des méthodes: la méthode ampère volumétrique (fig. 1) ou directement à l’aide d’un multimètre numérique (option: ohmmètre).
Les résultats des mesures doivent être introduits dans le tableau ci-dessous:
La valeur de la résistance à 60°C est égale à: Rt= R0 (1 + α ∆t).
Le schéma sur la fig. 2 donne le montage pour l’essai à vide.
Les résultats et les calculs doivent être présentés dans le tableau suivant:
5. Essai en charge
Le schéma de montage est présenté sur la fig. 3. On peut utiliser aussi deux wattmètres et respectivement deux transformateurs de courant à la place du commutateur sur le schéma. Le formateur doit vérifier le travail des stagiaires après l’élaboration du schéma et après le montage pour effectuer les mesures.
Les relevés et les résultats des calculs doivent être introduits dans les tableaux suivants:
P = P1+ P2 (somme algébrique)
L’allure des courbes des fonctions g = f(Pa), I = f(Pa), cos ϕ= f(Pa), M = f(Pa), η= f(Pa) est donnée sur la fig. 4.
Effectuer les essais à vide et en charge d’un moteur asynchrone triphasé afin de déterminer le rendement par la méthode des pertes séparées.
L’utilisation de plusieurs types d’appareils de mesure augmente l’aptitude des stagiaires dans le domaine de mesures électriques.
2. Matériel (Équipement et matière d’œuvre) par équipe:
a) Équipement
b) Matière d’œuvre
3. Description
Les essais d’un moteur asynchrone triphasé à vide et en charge permettent de déterminer son rendement ou de vérifier le rendement indiqué sur la plaque signalétique.
Le bilan de puissance montre que
P utile= P absorbée- pertes
Ces pertes sont:
• les pertes magnétiques pfs(hystérésis et courants de Foucault) dans le stator indépendantes de la charge, elles sont négligeables dans le rotor;
• les pertes mécaniques pm qui sont principalement fonction de la vitesse;
• les pertes Joule dans le stator
pJs= 1,5 R I2;
• les pertes Joule dans le rotor: la puissance transmise (P1= Pa- pfs- pJs) dans le rotor est le produit de la puissance transmise par le glissement:
pJr= g. P1
• le rendement du moteur est égal
η= Pu / Pa= [Pa - (pJs+ pc+ pJr)]/ Pa
4. Essai à vide
Au début il faut mesurer la résistance des enroulements du stator à froid par une des méthodes: la méthode ampère volumétrique (fig. 1) ou directement à l’aide d’un multimètre numérique (option: ohmmètre).
Schéma de mesure de la résistance des enroulements statoriques par la méthode
ampère volumétrique
Fig. 1
ampère volumétrique
Fig. 1
Les résultats des mesures doivent être introduits dans le tableau ci-dessous:
La valeur de la résistance à 60°C est égale à: Rt= R0 (1 + α ∆t).
Le schéma sur la fig. 2 donne le montage pour l’essai à vide.
Schéma de montage pour l’essai à vide
Fig. 2
Fig. 2
Les résultats et les calculs doivent être présentés dans le tableau suivant:
5. Essai en charge
Le schéma de montage est présenté sur la fig. 3. On peut utiliser aussi deux wattmètres et respectivement deux transformateurs de courant à la place du commutateur sur le schéma. Le formateur doit vérifier le travail des stagiaires après l’élaboration du schéma et après le montage pour effectuer les mesures.
Schéma de montage pour l’essai en charge
Fig. 3
Fig. 3
P = P1+ P2 (somme algébrique)
L’allure des courbes des fonctions g = f(Pa), I = f(Pa), cos ϕ= f(Pa), M = f(Pa), η= f(Pa) est donnée sur la fig. 4.
Courbes en charge
Fig. 4
Fig. 4
Freinage par injection de courant continu d’un moteur asynchrone triphasé
1. Objectifs visés
Ce type de freinage est moins courant que le précédent et il est appliqué surtout pour les moteurs à rotor bobiné. Les stagiaires doivent déterminer les cas d’utilisation et les procédés.
2. Matériels (Équipements et matière d'œuvre) par équipe:
a) Équipements
b) Matière d'œuvre
3. Description
Ce procédé consiste, après avoir déconnecté le moteur du réseau d’alimentation, à brancher sur deux bornes du stator une source de courant continu très basse tension (20 à 24 V).
- le flux magnétique est fixe alors que le rotor est encore en mouvement,
- le glissement se rapproche de 1 (de l’ordre de 0,8). Il en résulte ainsi un couple
de freinage qui conduit à l’arrêt du moteur sans risque de redémarrage en sens inverse (sauf dans le cas de charge entraînante où le freinage permanent assure une marche à faible vitesse). La valeur du couple de freinage dépend essentiellement de celle du courant continu injecté (en général Ic= 1,4 In).
Ainsi, le moteur entraîné en sens inverse du sens par le couple de freinage tend à freiner le mouvement (fig.1).
Le décodage du fonctionnement pendant la séquence freinage est donné sur le schéma ci-dessous.
4. Freinage par excitation par le réseau
Le réseau alimente un transformateur dont la tension secondaire réduite est redressée par un pont de diodes monophasé ou triphasé.
Les éléments redresseurs devront présenter une valeur de tension inverse compatible avec la surtension produite par les enroulements statoriques. Un dispositif chronométrique ou à mesure de vitesse peut remplacer le relais de mesure de courant.
Schéma du circuit de puissance
L1, L2, L3 : arrivée du réseau triphasé
Q1 : sectionneur porte-fusibles tripolaire équipé avec 2 contacts à fermeture
KM1 : contacteur tripolaire de ligne, équipé avec un contact à fermeture et un contact à ouverture
KM2, KM3 : contacteurs tripolaires d’élimination des résistances rotoriques
KM4 : contacteur bipolaire d’insertion du courant continu
KM5: contacteur de freinage, équipé avec un contact à fermeture et un contact à ouverture, pour le branchement du transformateur sur l’alimentation
F2 : relais de protection thermique à un contact à ouverture
M3 ~ ∆: moteur asynchrone triphasé à rotor à cage
Le circuit de puissance est protégé contre les court-circuits par les fusibles du type
aM intégrés au sectionneur tripolaire et contre les surintensités par le relais thermique dont le calibre est égal à In.
Schéma du circuit de commande
L1, L3 : arrivée du réseau triphasé
Q1 : sectionneur porte-fusibles tripolaire équipé avec 2 contacts à fermeture
KM1 : contacteur tripolaire de ligne, équipé avec un contact à fermeture et un contact à ouverture
KM2, KM3 : contacteurs tripolaires d’élimination des résistances rotoriques
KM4 : contacteur bipolaire d’insertion du courant continu
KM5: contacteur de freinage, équipé avec un contact à fermeture et un contact à ouverture, pour le branchement du transformateur sur l’alimentation
F1 : fusible
F2 : relais de protection thermique à un contact à ouverture
KA1 : relais auxiliaire (ou contacteur auxiliaire) à un contact à fermeture temporisé au travail
S1 : boutons-poussoirs à ouverture et à retour automatique
S2 : boutons-poussoirs à fermeture et à retour automatique
Le circuit de commande est protégé par le fusible F1 et isolé de toute alimentation par le sectionneur Q1.
Ce type de freinage est moins courant que le précédent et il est appliqué surtout pour les moteurs à rotor bobiné. Les stagiaires doivent déterminer les cas d’utilisation et les procédés.
2. Matériels (Équipements et matière d'œuvre) par équipe:
a) Équipements
b) Matière d'œuvre
3. Description
Ce procédé consiste, après avoir déconnecté le moteur du réseau d’alimentation, à brancher sur deux bornes du stator une source de courant continu très basse tension (20 à 24 V).
- le flux magnétique est fixe alors que le rotor est encore en mouvement,
- le glissement se rapproche de 1 (de l’ordre de 0,8). Il en résulte ainsi un couple
de freinage qui conduit à l’arrêt du moteur sans risque de redémarrage en sens inverse (sauf dans le cas de charge entraînante où le freinage permanent assure une marche à faible vitesse). La valeur du couple de freinage dépend essentiellement de celle du courant continu injecté (en général Ic= 1,4 In).
Ainsi, le moteur entraîné en sens inverse du sens par le couple de freinage tend à freiner le mouvement (fig.1).
Couple de freinage
Fig. 1
Fig. 1
Le décodage du fonctionnement pendant la séquence freinage est donné sur le schéma ci-dessous.
4. Freinage par excitation par le réseau
Le réseau alimente un transformateur dont la tension secondaire réduite est redressée par un pont de diodes monophasé ou triphasé.
Les éléments redresseurs devront présenter une valeur de tension inverse compatible avec la surtension produite par les enroulements statoriques. Un dispositif chronométrique ou à mesure de vitesse peut remplacer le relais de mesure de courant.
Schéma du circuit de puissance
L1, L2, L3 : arrivée du réseau triphasé
Q1 : sectionneur porte-fusibles tripolaire équipé avec 2 contacts à fermeture
KM1 : contacteur tripolaire de ligne, équipé avec un contact à fermeture et un contact à ouverture
KM2, KM3 : contacteurs tripolaires d’élimination des résistances rotoriques
KM4 : contacteur bipolaire d’insertion du courant continu
KM5: contacteur de freinage, équipé avec un contact à fermeture et un contact à ouverture, pour le branchement du transformateur sur l’alimentation
F2 : relais de protection thermique à un contact à ouverture
M3 ~ ∆: moteur asynchrone triphasé à rotor à cage
Le circuit de puissance est protégé contre les court-circuits par les fusibles du type
aM intégrés au sectionneur tripolaire et contre les surintensités par le relais thermique dont le calibre est égal à In.
Schéma du circuit de commande
L1, L3 : arrivée du réseau triphasé
Q1 : sectionneur porte-fusibles tripolaire équipé avec 2 contacts à fermeture
KM1 : contacteur tripolaire de ligne, équipé avec un contact à fermeture et un contact à ouverture
KM2, KM3 : contacteurs tripolaires d’élimination des résistances rotoriques
KM4 : contacteur bipolaire d’insertion du courant continu
KM5: contacteur de freinage, équipé avec un contact à fermeture et un contact à ouverture, pour le branchement du transformateur sur l’alimentation
F1 : fusible
F2 : relais de protection thermique à un contact à ouverture
KA1 : relais auxiliaire (ou contacteur auxiliaire) à un contact à fermeture temporisé au travail
S1 : boutons-poussoirs à ouverture et à retour automatique
S2 : boutons-poussoirs à fermeture et à retour automatique
Le circuit de commande est protégé par le fusible F1 et isolé de toute alimentation par le sectionneur Q1.
Freinage en contre – courant d’un moteur à rotor bobiné
Les résistances rotoriques doivent être introduites au moment de l’inversion de marche pour limiter les intensités des courants stator et rotor. La tension rotor est à cet instant presque deux fois plus élevée qu’au démarrage.
Le décodage du fonctionnement pendant la séquence freinage est donné sur le schéma ci-dessous.
Schéma du circuit de puissance
L1, L2, L3 : arrivée du réseau triphasé
Q1 : sectionneur porte-fusibles tripolaire équipé avec 2 contacts à fermeture
KM1 (M), KM2 (FR) : contacteurs tripolaires (M marche et FR freinage) équipés avec deux contacts à fermeture (F) et un contact à ouverture (O)
KM11 à KM14 : contacteur tripolaire d’élimination des résistances rotoriques avec un contact à fermeture temporisé au travail
KA1 : relais auxiliaire (ou contacteur auxiliaire) à un contact à fermeture temporisé au travail (en parallèle avec KM1)
F1 : fusible
F2 : relais de protection thermique à un contact à ouverture
M3 ~ ∆: moteur asynchrone triphasé à rotor bobiné
L'inversion du sens de marche est obtenue parle croisement de deux fils de phase:
L1 et L3 sont inversés.
Schéma du circuit de commande
L1, L3 : arrivée du réseau triphasé
Q1 : sectionneur porte-fusibles tripolaire équipé avec 2 contacts à fermeture
F1 : fusible
F2 : relais de protection thermique
KM1 (M), KM2 (FR) : contacteurs tripolaires (M marche et FR freinage) équipés avec deux contacts à fermeture (F) et un contact à ouverture (O)
KM11 à KM14 : contacteur tripolaire d’élimination des résistances rotoriques avec un contact à fermeture temporisé au travail
KA1 : relais auxiliaire (ou contacteur auxiliaire) à un contact à fermeture temporisé au travail (en parallèle avec KM1)
S1 : bouton-poussoir "FREINAGE" à ouvertureet à fermeture simultanés à retour automatique
S2 : bouton-poussoir "MARCHE " (M) à fermeture et à retour automatique
Les contacts à ouverture KM13et KM23 assurent le verrouillage électrique des deux sens de marche.
Freinage en contre – courant d’un moteur asynchrone triphasé
1. Objectifs visés
Dans certains cas il est nécessaire d’avoir la possibilité de freiner un moteur asynchrone triphasé, c’est-à-dire d’entraîner le rotor dans le sens inverse encore pendant qu’il est en rotation.
Les dispositifs de freinage électro - mécaniques qui font appel à une machine supplémentaire associée ou intégrée au moteurprincipal ont été vus dans la partie théorique.
2. Matériels (Équipements et matière d'œuvre) par équipe:
b) Équipements
b) Matière d'œuvre
3. Description
Ce procédé consiste à inverser le branchement du stator alors que le moteur est encore en rotation :
- le flux magnétique et le rotor tourne en sens inverse,
- le glissement est supérieur à 1 ( dès l’instant de l’inversion, il est même très voisin de 2).
Ainsi, le moteur entraîné en sens inverse du sens de son propre couple tend à freiner le mouvement (fig. 1).
Si ce mode de freinage est appliqué sur un moteur à rotor bobiné, le couple de freinage peut être modulé parl’insertion de résistances rotoriques (souvent les mêmes qui ont servi au démarrage).
Les courants rotoriques atteignent des valeurs importantes, l’énergie correspondant au freinage est dissipée sous forme thermique :
- les moteurs doivent présenter une capacité thermique compatible avec cette dissipation d’énergie.
Par ailleurs, la tension rotorique au début de freinage est double de la tension de décollage :
- les moteurs à rotor bobiné doivent avoir un isolement qui tienne compte de cette
particularité.
Il faut également veiller au contrôle de l’arrêt pour éviter que le moteur ne tourne en sens inverse. Ce contrôle est assuré :
- soit par dispositif chronométrique,
- soit par relais de mesure de vitesse (contacts centrifuges),
- soit par relais de mesure de tension rotorique,
- soit par relais de mesure d’intensité statorique.
Les deux derniers procédés donnent une image très fidèle de la vitesse.
4. Freinage des moteurs à cage
Ce procédé consiste à inverser le sensdu champ tournant statorique pour freiner rapidement un mouvement. Les intensités stator et rotor sontde même ordre qu’au démarrage: l’énergie est dissipée en chaleur dans le rotor qui doit avoir une capacité thermique suffisante si la fréquence des manœuvres est élevée.
Hormis pour les petits moteurs, des résistances R seront introduites.
Schéma du circuit de puissance
L1, L2, L3 : arrivée du réseau triphasé
Q1 : sectionneur porte-fusibles tripolaire équipé avec 2 contacts à fermeture
K : contacteur tripolaire de ligne, équipé avec un contact à fermeture et un contact à ouverture
FR: contacteur de freinage, équipé avec un contact à fermeture et un contact à ouverture
F2 : relais de protection thermique à un contact à ouverture
M3 ~ ∆: moteur asynchrone triphasé à rotor à cage
Le circuit de puissance est protégé contre les court-circuits par les fusibles du type
aM intégrés au sectionneur tripolaire et contre les surintensités par le relais
thermique dont le calibre est égal à In.
Schéma du circuit de commande
L1, L3 : arrivée du réseau triphasé
Q1 : sectionneur porte-fusibles tripolaire équipé avec 2 contacts à fermeture
K : contacteur tripolaire de ligne, équipé avec un contact à fermeture et un contact à ouverture
FR: contacteur de freinage, équipé avec un contact à fermeture et un contact à ouverture
F2 : relais de protection thermique à un contact à ouverture
KA1 : relais auxiliaire (ou contacteur auxiliaire) à un contact à fermeture temporisé au travail
F1 : fusible
S1 : boutons-poussoirs à ouverture et à retour automatique
S2 : boutons-poussoirs à fermeture et à retour automatique
Le circuit de commande est protégé par le fusible F1 et isolé de toute alimentation par le sectionneur Q1.
• Contrôle par contact temporisé
Le contacteur d’inversion de marche FRest alors mis sous tension pour un temps constant. Ce procédé ne peut donc s’appliquer que si le couple résistant est constant. L’arrêt de freinage est obtenu ici par action sur le bouton FR. On obtient K= 0 et FR= 1 pour 3 s.
• Contrôle par contact centrifuge
L’arrêt normal est, ici encore, obtenu par impulsion sur AT. L’arrêt par impulsion sur FRentraîne K= 0 et, par X, la mise sous tension de FR.
Quand la vitesse nn’est plus que de quelque dizaines de tours/minle contact, ouvert par la force centrifuge, est rétabli. Le relais Xmis sous tension assure la coupure de FR.
Dans certains cas il est nécessaire d’avoir la possibilité de freiner un moteur asynchrone triphasé, c’est-à-dire d’entraîner le rotor dans le sens inverse encore pendant qu’il est en rotation.
Les dispositifs de freinage électro - mécaniques qui font appel à une machine supplémentaire associée ou intégrée au moteurprincipal ont été vus dans la partie théorique.
2. Matériels (Équipements et matière d'œuvre) par équipe:
b) Équipements
b) Matière d'œuvre
3. Description
Ce procédé consiste à inverser le branchement du stator alors que le moteur est encore en rotation :
- le flux magnétique et le rotor tourne en sens inverse,
- le glissement est supérieur à 1 ( dès l’instant de l’inversion, il est même très voisin de 2).
Ainsi, le moteur entraîné en sens inverse du sens de son propre couple tend à freiner le mouvement (fig. 1).
Couple de freinage
Fig. 1
Fig. 1
Si ce mode de freinage est appliqué sur un moteur à rotor bobiné, le couple de freinage peut être modulé parl’insertion de résistances rotoriques (souvent les mêmes qui ont servi au démarrage).
Les courants rotoriques atteignent des valeurs importantes, l’énergie correspondant au freinage est dissipée sous forme thermique :
- les moteurs doivent présenter une capacité thermique compatible avec cette dissipation d’énergie.
Par ailleurs, la tension rotorique au début de freinage est double de la tension de décollage :
- les moteurs à rotor bobiné doivent avoir un isolement qui tienne compte de cette
particularité.
Il faut également veiller au contrôle de l’arrêt pour éviter que le moteur ne tourne en sens inverse. Ce contrôle est assuré :
- soit par dispositif chronométrique,
- soit par relais de mesure de vitesse (contacts centrifuges),
- soit par relais de mesure de tension rotorique,
- soit par relais de mesure d’intensité statorique.
Les deux derniers procédés donnent une image très fidèle de la vitesse.
4. Freinage des moteurs à cage
Ce procédé consiste à inverser le sensdu champ tournant statorique pour freiner rapidement un mouvement. Les intensités stator et rotor sontde même ordre qu’au démarrage: l’énergie est dissipée en chaleur dans le rotor qui doit avoir une capacité thermique suffisante si la fréquence des manœuvres est élevée.
Hormis pour les petits moteurs, des résistances R seront introduites.
Schéma du circuit de puissance
L1, L2, L3 : arrivée du réseau triphasé
Q1 : sectionneur porte-fusibles tripolaire équipé avec 2 contacts à fermeture
K : contacteur tripolaire de ligne, équipé avec un contact à fermeture et un contact à ouverture
FR: contacteur de freinage, équipé avec un contact à fermeture et un contact à ouverture
F2 : relais de protection thermique à un contact à ouverture
M3 ~ ∆: moteur asynchrone triphasé à rotor à cage
Le circuit de puissance est protégé contre les court-circuits par les fusibles du type
aM intégrés au sectionneur tripolaire et contre les surintensités par le relais
thermique dont le calibre est égal à In.
Schéma du circuit de commande
L1, L3 : arrivée du réseau triphasé
Q1 : sectionneur porte-fusibles tripolaire équipé avec 2 contacts à fermeture
K : contacteur tripolaire de ligne, équipé avec un contact à fermeture et un contact à ouverture
FR: contacteur de freinage, équipé avec un contact à fermeture et un contact à ouverture
F2 : relais de protection thermique à un contact à ouverture
KA1 : relais auxiliaire (ou contacteur auxiliaire) à un contact à fermeture temporisé au travail
F1 : fusible
S1 : boutons-poussoirs à ouverture et à retour automatique
S2 : boutons-poussoirs à fermeture et à retour automatique
Le circuit de commande est protégé par le fusible F1 et isolé de toute alimentation par le sectionneur Q1.
• Contrôle par contact temporisé
Le contacteur d’inversion de marche FRest alors mis sous tension pour un temps constant. Ce procédé ne peut donc s’appliquer que si le couple résistant est constant. L’arrêt de freinage est obtenu ici par action sur le bouton FR. On obtient K= 0 et FR= 1 pour 3 s.
• Contrôle par contact centrifuge
L’arrêt normal est, ici encore, obtenu par impulsion sur AT. L’arrêt par impulsion sur FRentraîne K= 0 et, par X, la mise sous tension de FR.
Quand la vitesse nn’est plus que de quelque dizaines de tours/minle contact, ouvert par la force centrifuge, est rétabli. Le relais Xmis sous tension assure la coupure de FR.
Démarrage par élimination des résistances rotoriques d'un moteur asynchrone triphasé à rotor bobiné, deux sens de marche
Démarrage semi-automatique, deux sens de marche
Schéma du circuit de puissance
L1, L2, L3 : arrivée du réseau triphasé
Q1 : sectionneur porte-fusibles tripolaire équipé avec 2 contacts à fermeture
KM1 (AV), KM2 (AR) : contacteurs tripolaires (AV marche avant et AR marche arrière) équipés avec deux contacts à fermeture (F) et un contact à ouverture (O)
KM11 : contacteur tripolaire de fin de premier temps
KM12 : contacteur tripolaire de fin de second temps, à un contact à ouverture
KA1 : relais auxiliaire (ou contacteur auxiliaire) 1er temps à un contact à fermeture temporisé au travail
KA2 : relais auxiliaire (ou contacteur auxiliaire) 2etemps à un contact à fermeture temporisé au travail
F1 : fusible
F2 : relais de protection thermique à un contact à ouverture
F3 : relais de protection thermique à un contact à ouverture (facultatif, assure la protection des résistances contre les démarrages trop fréquents ou incomplets)
M3 ~ ∆: moteur asynchrone triphasé à rotor bobiné L'inversion du sens de marche est obtenue parle croisement de deux fils de phase:
L1 et L3 sont inversés.
Schéma du circuit de commande
L1, L3 : arrivée du réseau triphasé
Q1 : sectionneur porte-fusibles tripolaire équipé avec 2 contacts à fermeture
F1 : fusible
F2 : relais de protection thermique
F3 : relais de protection thermique à un contact à ouverture (facultatif, assure la protection des résistances contre les démarrages trop fréquents ou incomplets)
KM1 (AV), KM2 (AR) : contacteurs tripolaires (AV marche avant et AR marche arrière) équipés avec deux contacts à fermeture (F) et un contact à ouverture (O)
KM11 : contacteur tripolaire de fin de premier temps
KM12 : contacteur tripolaire de fin de second temps, à un contact à ouverture
KA1 : relais auxiliaire (ou contacteur auxiliaire) 1er temps à un contact à fermeture temporisé au travail
KA2 : relais auxiliaire (ou contacteur auxiliaire) 2e temps à un contact à fermeture temporisé au travail
S1 : bouton-poussoir "ARRET" à ouverture et à retour automatique
S2 : bouton-poussoir "MARCHE AVANT" (MAAV) à fermeture et à retour automatique
S3 : bouton-poussoir "MARCHE ARRIERE" (MA AR) à fermeture et à retour automatique.
Les contacts à ouverture KM12et KM22assurent le verrouillage électrique des deux
sens de marche.
- - -V- - - Ce symbole traduit un verrouillage mécanique entre les deux contacteurs (à un instant donné un seul des deux contacteurs peut être fermé).
Equations:
KM1 = Q1 . F2 . F3 . S1 (S2 + KM11) KM22
KM2 + Q1 . F2 . F3 . S1 (S3 + KM21) KM12
KM11 = Q1 (KM13+ KM12) . KA1
KM12 = Q1 (KM13+ KM12) . KA2
KA1 = Q1 (KM13+ KM12)
KA2 = Q1 (KM13+ KM12) . KA1
F3 = Q1 (KM13+ KM12) . KM12
M = KM1 + KM2
_______ contacts de vérouillage électrique
_______ contacts temporisés
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