Contrairement à la génératrice, il n’y a pas lieu de faire une distinction entre les machines
shunt et à excitation séparée car, dans les deux cas, leur excitation est assurée par une source
extérieur à l’induit.
Le courant d’excitation J est maintenu constant: le moteur étant supposé bien compensé, le
flux utile Φreste invariable quel que soit le courant Idans l’induit, c’est-à-dire quel que soit
le couple résistant Tr exercé sur l’arbre. Le moteur est à flux constantet les caractéristiques
correspondent à la valeur nominale de la tension U.
Caractéristiques électromécaniques
Ce sont les caractéristiques qui établissent des relations entre des grandeurs électriques et
mécaniques: Tm= f(I) et n = f(I).
Fig. 1.
• Caractéristique de couple Tm= f(I) (fig.1b)
On a: In= I + Javec J =U / Ri
La résistance de l’inducteur Ri étant toujours élevée, le courant inducteur Jpeut être négligé
par rapport au courant induit (fig.1a), ce qui permet d’écrire:
In ≈ I
Comme le flux d’excitation est constant, dansla mesure où l’on néglige la réaction de
l’induit, il vient:
Tm = (1/2π) (p/a) NΦI = K.In avecK = (1/2π) (p/a) N
La caractéristique Tm= f(I) est sensiblement une droite passant par origine.
• Caractéristique de vitesse n = f(I)(fig.1b)
Par ailleurs, on a:
U - RaI = E’ = (p/a) N n Φ= K’ n avec K’ = (p/a) N Φ
d’où: n = (U - RaIn) / K’
Dans la pratique, la chute de tension dans l’induit ne dépasse pas un à deux pour cent de la
tension appliquée, aussi on peut conclure:
La caractéristique n = f(I) est une droite descendante de pente très faible.
Caractéristique mécanique Tu= f(n) (fig.1c)
On détermine facilement la caractéristique mécanique, soit par élimination graphique de
l’intensité entre les deux caractéristiques électromécaniques, soit par calcul.
En effet, par calcul, on a:
T = (1/2π) (p/a) n ΦI
et
I = (U - E) / Ra ⇒ I = (1/Ra) (U - p/a N Φn)
d’où:
T = (1/2π) (p/a) N Φ(1/R) (U - p/a N Φn)
A vide, lorsque T = Tr= 0, nprend une valeur n0telle que
U - p/a N Φn0= 0 ⇒ n0= U / (p/a N Φ)
Lorsque Tr augmente, n diminue faiblement à partir de n0. Le couple utile Tu étant lié à Tpar
la relation:
Tu = T - Tp
La caractéristique mécanique Tu= f(n) est une droite faiblement inclinée par rapport à la
verticale, dont l’abscisse à l’origine est n(I0) ≈n0.
2. Moteur série
Caractéristiques électromécaniques
• Caractéristique de couple Tm= f(I)(fig.2b)
Les courants de l’induit et de l’excitation sont identiques (I = Ia= J) (fig.2a) et si on
suppose, pour simplifier, que le circuit magnétique n’est pas saturé, le flux utile est
proportionnel au courant d’excitation J(ou Φ= αI), soit:
Tm= K ΦIa ≈K’ I2 avec K’ = K α
La caractéristique Tm= f(I) est sensiblement une parabole qui passe par l’origine.
Fig. 2.
• Caractéristique de vitesse n = f(I)(fig.2b)
Par ailleurs, on a: U - (Ra + Ri) I = E’ = p/a n N Φ= K” n I
avec K” = p/a N α
soit n = (1/K”) [U - (Ra + Ri) I]/ I
La caractéristique n = f(I) est la branche positive décroissante d’une hyperbole.
Grâce à la méthode graphique, on peut tenir compte de la saturation de la caractéristique à
vide aux intensités élevées (fig.3).
A cet effet, on considère deux domaines distincts:
• Pour Ifaible, on a: Φ= αI, ce qui conduit à l’étude précédente.
• Pour Igrand, on a: Φ= β,d’où: Tm= KΦI = K’ I
soit: n = [U - (Ra + Ri) I / β]= β’ [U - (Ra + Ri) I]
Les graphes sont des droites qui passent respectivement par l’origine et par le point de court-
circuit Icc= U / (Ra + Ri) .
Fig. 3.
Caractéristique mécanique (fig.2c)
En éliminant I entre les deux caractéristiques précédentes on peut obtenir graphiquement la
caractéristique mécanique.
Tu diminue lorsque n augmente: le couple utile est sensiblement inversement proportionnel à
la fréquence de rotation:
Tu ≈K / n avec K = Cte
Lorsque le couple T raugmente le courant I appelé croît et la fréquence de rotation n décroît.
Lorsque Tr= 0 ⇒ Tu = 0: on observe alors sur la caractéristique du couple
Tm= f(I) queI =I0<< In.La caractéristique de vitesse montre que la valeur de n qui correspondrait à I0 serait très supérieure à nn: il s’agît d’une fréquence de rotation que le moteur ne peut pas supporter:
le moteur série s’emballe à vide.
3. Choix d’un moteur à courant continu - caractéristiques mécaniques
Pour faciliter le choix d’un moteur électrique en vue d’un entraînement donné, on distingue
les deux types suivants:
• la caractéristique shunt- si la vitesse du moteur varie peu avec la charge (fig.4a);
• la caractéristique série- si la vitesse du moteur varie beaucoup avec la charge (fig.4b).
Fig. 4. Caractéristiques mécaniques
Fig. 4. Caractéristiques
mécaniques de comparaison
Cette nomination qui provient de l’allure des caractéristiques des moteurs shunt et série à
courant continu s’applique également aux moteurs à courant alternatif. C’est ainsi que le
moteur asynchrone, dont la caractéristique mécanique est compliquée, présente une allure
shunt dans sa partie stable car la vitesse varie peu avec la charge.
Afin d’analyser les propriétés de ces deux types de caractéristiques, il est intéressant de
comparer les comportements de deux moteurs (fig.2.8), shunt et série, de mêmes valeurs
nominales quand ils doivent faire face à une brusque augmentation du couple résistant. Sur la
figure où sont présentées les caractéristiques mécaniques des deux moteurs, les points
d’intersection donnent les valeurs nominales de chacun des moteurs.
Supposons que pour un démarrage à pleine charge nécessitant une forte accélération
(démarrage d’une véhicule) on ait besoin d’un couple double du couple nominal, on constate
que le moteur série le fournit avec un courant plus faible que le moteur shunt, mais en
revanche sa vitesse a diminué davantage. Si cette variation de vitesse n’est pas génante
(traction, engins de levage, etc.) la caractéristique série convient parfaitement, dans le cas
contraire (tours, raboteuses, fraiseuses, etc.), il faut utiliser la caractéristique shunt.
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