MOTEUR A COURANT CONTINU

 

LOI DE LAPLACE RAPPEL Un conducteur parcouru par un courant, placé dans un champ magnétique est soumis à une force qui peut le déplacer.

Si les grandeurs sont perpendiculaires F = B x I x L

 

La loi de LAPLACE est à l’origine de la conception des moteurs à courant continu.

PRESENTATION

  

La loi de LAPLACE appliquée à cette spire lui permet de tourner jusqu’à la position d’équilibre

Pour poursuivre la rotation il faut dépasser la position verticale et inverser les forces.

Le dépassement de l’axe vertical est obtenu grâce à l’élan de la spire.

L ‘inversion des forces est obtenue par l’inversion du courant grâce au collecteur.

 

CONSTITUTION DU MOTEUR

  

MISE EN SERVICE D’UN MOTEUR A COURANT CONTINU

Les résistances de l’induit et de l’inducteur du moteur à courant continu que nous voulons démarrer sont respectivement ; 1,3 Ohms et 320 Ohms ,pour une tension nominale commune

De 220 Volts continu.

Ce moteur à excitation dérivation porte les indications suivantes ;

1,5 KW 1500t/mn I Induit 7,5 A i inducteur 0,65 A

Si nous appliquons 220 Volts sur l’induit et l’inducteur la loi d’Ohm nous donne :

220 / 1,3 = 170 AMPERES INDUIT

220 / 320 = 0,68 AMPERES inducteur

L’intensité induit est excessive si nous admettons 2 fois I nominal ; soit ici 15 AMPERES

La résistance du circuit induit devrait être de 220 / 15 = 14,6 Ohms CE QUE NOUS ALLONS

REALISER AVEC UN RHEOSTAT DE 14,6 – 1,3 = 13,3 Ohms en série avec l’induit.

L’inducteur sera sous 220 volts directement.

MONTAGE PROPOSE :

 

OBSERVATIONS

MISE SOUS TENSION : le moteur tourne

L’intensité de l’induit élevée à l’établissement du courant puis se stabilise à 0,6 A DONC l’intensité de l’induit ne répond plus à la loi d’Ohm.

NOUS DIMINUONS LE RHEOSTAT : Le moteur accélère.

L’intensité de l’induit augmente puis se stabilise à

0,6 A quand n’agissons plus sur le curseur du rhéostat.

NOUS METTONS HORS TENSION : Le moteur continue à tourner avec son élan.

Le voltmètre indique toujours une tension qui décroît avec la vitesse

C’est l’analyse de cette observation qui va nous expliquer pourquoi l’induit ne répond plus à la loi d’Ohm

Le moteur dans la structure que nous avons actuellement est aussi une génératrice à courant continu.

La génératrice de courant continu n’est plus utilisée ; sauf en de rares exceptions.

Le principe de la génératrice est issu de l’expérimentation suivante :

  

Si l’on déplace le conducteur dans le champ magnétique il devient générateur .

Quelques milli volts sont mesurés par le voltmètre.

Si on ne dispose pas d’un milli voltmètre assez sensible ; l’expérience ci dessous sera plus convaincante

De la fonction générateur de conducteurs se déplaçant dans un champ magnétique.

 

Les bobinages de l’induit du moteur son le siège d’une tension (Force contre électromotrice) due à la variation d’aimantation crée par le déplacement des bobinages devant l’aimant ou électro-aimant inducteur ,comme pour la bobine de l’expérience ci dessus .

 

COURANT DANS L’INDUIT DU MOTEUR

RAPPELONS LA LOI D’OHM POUR UN RECEPTEUR :

I = (U - E’) : R

Pour notre moteur cette loi va s’appliquer ; en effet :

U représente la tension d’alimentation

E’ la force contre électromotrice dont nous venons de démontrer l’existence.

R la résistance de l’induit.

Le partage de la tension U appliquée aux bornes de l’induit peut se représenter ainsi :

  

Nous avons vu que la force contre électro motrice existe si il y a mouvement donc rotation

pour le moteur.

CONCLUSION: A L’INSTANT DE LA MISE SOUS TENSION R.I EST EGAL A U

DONC I EST TRES GRAND ; NOUS AVONS DONC PLACE UN RHEOSTAT A JUSTE

TITRE.

Et nous savons pourqoi le courant diminue avec la rotation.

VITESSE DE ROTATION D’UN MOTEUR A COURANT CONTINU

Retournons à la bobine se déplaçant devant l’aimant.

Conditions d’expérience: il faut une bobine avec un point milieu,exemple 2x500 spires

A Déplaçons la bobine de 1000 spires perpendiculairement à l’aimant :lentement puis rapidement

B Déplacons la bobine de 500 spires perpendiculairement à l’aimant : avec à peu près

La vitesse lente.

C Déplaçons la bobine de 1000 spires perpendiculairement à l’aimant: à une distance

Un peut plus grande et sensiblement la vitesse lente

 

IL A ETE ETABLI QUE LA FORCE ELECTROMOTRICE D’UNE GENERATRICE OU LA FORCE CONTRE ELECTRO MOTRICE D’UN MOTEUR AVAIT POUR FORMULE:

E ou E’ = N x n x Ø

N étant le nombre de conducteurs de l’induit soit le nombre de spires x 2

n étant la vitesse en tours par seconde.

Ø le flux d’induction magnétique

La formule transformée nous donne : n = E’ : N x Ø

CE QUI NOUS AMENE A PENSER QUE SI L’ ON AGIT SUR LE FLUX Ø LA VITESSE VARIE.

VERIFIONS LE EN PLACANT DANS LE CIRCUIT INDUCTEUR UN RHEOSTAT QUI FAISANT VARIER

LE COURANT MAGNETISANT FERA VARIER LE FLUX Ø

  

NOUS VERIFIONS BIEN QUE LA VITESSE VARIE AVEC LE FLUX

 

 

 

LES FORMULES

Nous avons la Loi d’Ohm pour un récepteur U = E’ + R.I

Pour la vitesse nous avons n = E’ : N x Ø

Pour E’ E’ = N x n x Ø

Ou en remplaçant E’ par U - R.I n = (U – R.I) : Nx Ø

Pour la puissance absorbée Pa = U x I

Pour la puissance mécanique utile Pu = T x w

Pour le rendement h = Pu : Pa

Nous analiserons les pertes lors des essais du moteur

PUISSANCE ET COUPLE ELECTRIQUE UTILE

  

Or nous savons que F = B x I x L

Donc on peut écrire W = B x I x L x d

Or L x d représente une surface et le produit d’une surface par une induction représente un flux d’induction magnétique. Ø = B x S

La formule du travail des forces électro-magnétiques s’écrit:

W = I x Ø

Et P = W : t s’écrit P = I x Ø / t

Appliquée aux N conducteurs de l’induit realisant un tour en 1sec/n et coupant le flux Ø des inducteurs, la formule de la puissance électromagnétique devient:

 

 

Pe = N x I x Ø divisé par 1 sur n

Soit :N x I x Ø x n

Pe = N x n x I x Ø | ou Pe = E’ x I

Et la formule du couple T = P : w avec w = 2p n

Te = N x n x I x Ø / 2p n

 

Te = N x I x Ø / 2p

 

L’intérêt des formules de la puissance électrique et du couple électrique réside dans le fait que; leur

Analyse montre les propriétés des différents types de moteurs à courant continu.

Exemple si on augmente I ou Ø on augmente le couple

 

LES EXERCICES

01 Un moteur à courant continu porte les indications suivantes:

P= 3000 Watts

U = 200 Volts

I induit 17 Ampères 0,6 Ohm

Inducteur 200 Volts 1 Ampère

011 le courant de démarrage étant de 2 I nominal calculez le rhéostat de l’induit ?

012 Quelle est aux valeurs nominales la force contre électromotrice E’ ?

013 quelle est aux valeurs nominales la puissance électrique utile ?

014 Quel est aux valeurs nominales le couple électrique utile ?

015 Quel est le couple au démarrage?

 

02 Le moteur de l’exercice 01 absorbe maintenant un courant de 8,5 Ampères

021 calculez les nouvelles valeurs de E’ , Peu , Teu ?

022 On diminue le flux de ¼ de sa valeur le couple électrique utile à fournir étant le même que devient le courantI ?

023 Que devient la force contre électro motrice?

024 que devient la vitesse?

03 la puissance électrique d’un moteur à courant continu est de 4500 Watts ,il tourne à 1500 tours par minute

son induit compte 500 conducteurs et le courant d’induit est de 25,5 Ampères.

031 Calculez le flux d’induction magnétique ?

032 Calculez l’induction moyenne sachant que la surface d’un pôle inducteur est de 0,04m² (q =BxS)

033 Calculez la force contre électro-motrice?

034 La tension U de l’induit est de 190 Volts quelle est la résistance de l’induit?

035 Quelle sont les pertes Joule dans l’induit?