Réversibilité d'un moteurs à courant continu

La machine à courant continu est accouplée à un dispositif mécanique qui exerce sur son arbre
un couple résistant Tr.

Un générateur débite dans le moteur un courant I: les forces de Laplace s’exercent sur les
conducteurs logés dans les encoches. Le rotor tourne à la fréquence n(tr/s) dans le sens de ces
forces qui sont donc des forces motrices: le couple électromagnétique Test moteur.

La rotation du rotor entraîne la création, dansson enroulement, de la f.é.m. induite E; d’après
la loi de Lenz Eest de sens contraire au courant I(on lui donne parfois le nom de “force
contre-électromotrice”, f.c.é.m.).

Si R est la résistance de l’enroulement d’induit, la loi d’Ohm s’écrit:

             U = R I + E 

La puissance électrique U I fournie par le générateur au moteur est la somme de deux termes:

             U I = R I2+ E I    

où:       R I2  -  les pertes par effet Joule dans l’enroulement de l’induit;
             Pe =  E I- la puissance, dite électromagnétique.

Cette puissance peut être exprimée sous forme:

            Pe= E I = (p/a) (NΦn) I

et transformée comme:

            Pe= E I = (1/2π) (p/a) (NΦI) 2πn

soit    Pe= T (2πn)

La puissance électromagnétique, égale au produit du couple électromagnétique Tpar la
vitesse angulaire de rotation 2πn, passe intégralementde la forme électrique E Ià la forme
mécanique T (2πn).

E I       ⇒        moteur       ⇒        T (2πn)

Mais la puissance mécanique T (2πn)n’est pas entièrement disponible sur l’arbre du moteur:

•  des pertes magnétiques P mag(dues à l’hystérésis et aux courants de Foucault) se
produisent dans les tôles du rotor par suitede leur déplacement devant les pôles du
stator;

•  des pertes mécaniques P mécont lieu au niveau des paliers soutenant l’arbre du
moteur.

La puissance utile Pu, c’est-à-dire la puissance dont on dispose sur l’arbre, est la différence

          Pu= Pe- (Pmag+ Pméc)

Il en résulte que le couple utile Tu appliqué par le moteur à la machine qu’il entraîne, est
légèrement inférieur au couple électromagnétique T

          Tu(2πn)= T (2πn)- (Pmag+ Pméc)

          Tu = T - (Pmag+ Pméc) / (2πn)

La différence entre Tet Tuest appelé couple de pertes Tp

           Tu= T - Tp

En conclusion, l’ensemble tourne à la vitesse de rotationntelle que

           Tu= Tr

Le bilan de puissance du moteur à courant continu peut alors être représenté par le tableau
suivant:

           Puissance électrique absorbée U I
                                    ⇓
                                        ⇒  Pertes par effet Joule R I²
                                    ⇓
Puissance électromagnétique E I = T (2πn)
                                   ⇓
Pertes mécaniques  ⇐⇒  Pertes magnétiques
                                    ⇓
            Puissance utile Pu= Tu(2πn)

Il faut remarquer que le couple Tp est généralement très inférieur à T et l’on confond souvent
le couple électromagnétique T = (1/2π) (p/a) NΦI avec le couple utileTu.

Le couple utile Tu. d’un moteur à courant continu est sensiblement proportionnel au courant
de l’induitet au flux de l’inducteur. Ce résultat est très important car il est ainsi possible de
déterminer le couple par des mesures purement électriques.

Si un moteur auxiliaire est accouplé à la machine à courant continu et exerce sur son arbre un
couple moteur Tm : l’ensemble tourne à la fréquence nsi bien qu’une f.é.m. Eest induite dans
le rotor.

Si l’enroulement d’induit est fermé sur un circuit extérieur le courant I circule dans le sens de
E; la tension qui apparaît entre les balais s’écrit:

      U = E - R I

 Si le sens du courant Iest le même que dans le fonctionnementen moteur, le sens de la f.é.m.

E induite dans l’enroulement rotorique est donc renversé. Une partie de la puissance Tm(2πn)
est consommée par suite des pertes mécaniques Pméc et des pertes magnétiquesPmag ; le reste,
c’est-à-dire la puissance électromagnétique Pe

           Pe = Tm (2πn)- (Pmag+ Pméc) = T (2πn)

passe de la forme mécanique T (2πn)à la forme électrique E I

          Pe = T (2πn) = E I

La machine fonctionne en générateur

         T (2πn)      ⇒     générateur      ⇒     E I

Le bilan de puissance établi précédemment est valable pour le fonctionnement en générateur à
condition de le lire de bas en hautet de remplacer Tu par Tm.