http://tsi.ljf.free.fr/ATS/ Page 1 / 11 CPGE - Sciences Industrielles de l’Ingénieur ATS Moteurs à courant continu Cours CI3 : Chaînes d’énergie > CONVERTIR v3.0 Lycée Jules Ferry - 82 Bd de la République - 06400 CANNES Compétences visées : Compétence Intitulé B2-01 Associer un modèle aux constituants d’une chaîne d’énergie. B2-18 Établir le schéma bloc du système. B2-19 Déterminer les fonctions de transfert à partir d’équations physiques (modèle de connaissance). C2-32 Déterminer les caractéristiques mécaniques de l’actionneur.
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CPGE - Sciences Industrielles de l’Ingénieur ATS
Moteurs à courant continu Cours
CI3 : Chaînes d’énergie > CONVERTIR v3.0
Lycée Jules Ferry - 82 Bd de la République - 06400 CANNES
Compétences visées :Compétence Intitulé
B2-01 Associer un modèle aux constituants d’une chaîne d’énergie.
B2-18 Établir le schéma bloc du système.
B2-19Déterminer les fonctions de transfert à partir d’équations physiques
(modèle de connaissance).
C2-32 Déterminer les caractéristiques mécaniques de l’actionneur.
Le moteur à courant continu (MCC) est une machinedont les pièces maîtresses sont le rotor (partie mobile) etle stator (partie fixe).Le stator, appelé inducteur, est magnétisé, soit par unbobinage alimenté par un courant continu, soit par desaimants permanents.Le rotor, appelé induit, est constitué d’un bobinage danslequel on fait circuler un courant par l’intermédiaire d’uncollecteur (balais).
Les courants dans l’induitchangent de sens de part etd’autre de la ligne neutre, etgénèrent ainsi une force de La-place, à l’origine du couple ap-pliqué sur l’arbre moteur.Le collecteur a pour fonctiond’inverser le sens du courantdans les conducteurs qui fran-chissent la ligne neutre.
Figure 2 – Principe du MCC
1.2 Fonctionnement en moteur
On fait circuler dans l’induit un courant I. Le principe le la force de Laplace−→F = I ·
−→dl∧−→B appliqué
à la périphérie du rotor génère alors un couple, à l’origine de la rotation de l’arbre moteur.
1.3 Fonctionnement en génératrice
On impose cette fois un mouvement de rotation à l’arbre moteur. Les conducteurs de l’induit, delongueur l, sont alors soumis à une translation de vitesse linéaire V.
Or la loi de Faraday énonce que ce déplacement relatif génère une force électromotrice e = B.l.V .
On en déduit la loi de comportement d’un tel moteur en régime permanent :
E = KΩ = U −RCem
K(4)
2.3.2 Quadrants de fonctionnement
Figure 6 – Quadrants de fonctionnement d’un MCC
L’équation précédente se traduitgraphiquement par les courbes ci-contre.On y distingue 4 quadrants de fonc-tionnement :• Cm > 0 et Ω > O (moteur)• Cm < 0 et Ω > O (généra-
trice)• Cm > 0 et Ω < O (généra-
trice)• Cm < 0 et Ω < O (moteur)
3 Alimentation du moteur
3.1 Variation de vitesse
La loi de Lenz E = KEΩ montre que pour faire varier la vitesse de rotation, il suffit de faire varier laforce électromotrice E, et par conséquence la tension aux bornes du moteur Um (puisque E = Um−RIen régime permanent).
Il existe deux dispositifs pour faire varier la tension Um :
• les hacheurs, lorsque l’énergie d’entrée est de nature continue. Ces hacheurs feront l’objet d’uncours spécifique.
• les montages redresseurs à thyristor, lorsque la source d’énergie d’entrée est de nature sinusoï-dale
Ce montage à 1 pont de thyristor est irréversible encourant : ce dernier ne peut circuler que dans unseul sens.Lorsque les thyristor ne sont pas commutés, l’éner-gie présente dans le moteur se dissipe dans unediode de roue libre, ou dans un module de freinagerésistif si l’inertie est trop importante.Sans ces dispositifs, les pics de surtension créés parla rupture du courant endommageraient le moteur
(u = Ldi
dt)
Figure 8 – Redresseur triphasé réversible en courant
Ce deuxième montage à 2 ponts dethyristors devient réversible en cou-rant.Le freinage est possible par renvoid’énergie sur le réseau.
3.2 Contrôle d’un moteur à courant continu
3.2.1 Alimentation directe
En appliquant un échelon de tension direct aux bornes d’un moteur MCC, on observe les courbessuivantes de tension, intensité, vitesse :
L’établissement brutal de la tension induit un pic de courant au démarrage.
En cas de perturbation en terme de couple résistant, la vitesse change immédiatement, et sa valeurest subie.
3.2.2 Contrôle de vitesse
Ces inconvénients peuvent être résolus en effectuant un asservissement en vitesse, grâce à un va-riateur qui aura pour rôle de moduler la tension aux bornes du moteur :
Figure 10 – Structure du contrôle de vitesse d’un MCC
L’apparition d’un couple résistant est cette fois nettement mieux absorbée :
L’asservissement précédent ne permet pas d’annuler le pic de courant au démarrage.
Par ailleurs, certaines applications nécessitent de maîtriser le couple fourni. Il est alors nécessaired’ajouter au contrôle précédent un asservissement en courant :
Figure 12 – Structure du contrôle de vitesse et de courant d’un MCC
Les signaux électriques asservis deviennent alors :
Figure 13 – Contrôle de vitesse et de courant d’un MCC