Exercices Corrig©s Le§on VI

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  • Machines Electriques UVT-2010-2011 Leon VI Mohamed ELLEUCH

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    Fiche descriptive de la leon

    L'intitul de la leon Moteurs courant continu

    Le rsum de la leon Cette leon vise ltude des moteurs courant continu et leurs exploitations industrielles. Bien que la machine courant continu soit rversible, lexploitation de cette machine en tant que moteur fait privilgier son tude sous langle moteur plutt que gnrateur. Le principe de fonctionnement de telle machine, bas sur le redressement mcanique (systme collecteur balais) de la fm est expos de faon didactique. La constitution industrielle de ce moteur est ensuite dtaille tenant compte des diffrentes variantes de bobinage de linduit. Les phnomnes fondamentaux, incontournables dans la machine courant continu, et qui sont la raction

    magntique de linduit et la commutation, ont t abords avec leurs remdes envisags industriellement.

    Seuls les moteurs excitation indpendante et les

    moteurs excitation srie ont t dtaills en tudiant

    leur caractristique mcanique, en plus de leurs modes

    de dmarrage, de freinage et de protection contre

    lemballement. Plusieurs critres utiliss dans le choix du moteur ont

    t explicits (le type du service, lindice de protection..). Ces critres peuvent tre appliqus

    diffrents types de moteurs, aussi bien continu

    qualternatif.

    La dure estime du travail 4 sances

    La date de la dernire mise jour

    Les pr-requis ncessaires Circuits lectriques continus- Introduction la conversion lectromcaniques-

    Les objectifs Suite ce chapitre, ltudiant doit : Pouvoir dcrire la constitution industrielle dun

    moteur courant continu ; Dcrire les phnomnes de base rgissant le

    fonctionnement des moteurs courant continu et les remdes industriels ces phnomnes;

    Donner les caractristiques mcaniques des moteurs excitation indpendante et des moteurs excitation srie avec comparaison de leurs performances ;

    Etablir les problmes spcifiques au dmarrage et lemballement de ces moteurs;

    Pouvoir proposer des systmes de dmarrage, de freinage, et de variation de vitesse selon certains critres dutilisation ;

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    Elaborer certains critres de choix de ces moteurs et commenter une plaque signaltique

    Les conseils gnraux des mthodes d'apprentissage

    Activits dapprentissage :

    Q1-

    1- Calculer la fcm aux bornes dun moteur bipolaire avec induit 2 voies denroulement.

    On donne :

    n=600 brins actifs ; N1 =1800 tr/mn ; = 0.01 Wb ;

    2- En dduire le couple lectromagntique dvelopp par le moteur si le courant induit est gal 50

    A.

    R1-

    1- On applique la formule de la fcm (o N doit tre en tr/s !):

    =

    2- selon lexpression du couple :

    __________________________________________________________________________

    Q2-

    Que devienne la fcm du moteur si on double le nombre de voies denroulement ? Quel est nombre

    de voies denroulement le plus utilis pour les moteurs en exploitation industrielle ?

    Justifier.

    R2-

    La fcm est inversement proportionnelle au nombre de voies denroulement :

    , Donc si

    on double a, alors la fcm sera divise par 2.

    Actuellement, On utilise des moteurs bipolaires (p =2) qui conduit a =2 (enroulement ondul) afin

    de minimiser le nombre de balais qui exigent beaucoup de maintenance.

    ________________________________________________________________________________

    Q3-

    Rappeler les prcautions prendre pendant lutilisation dun moteur courant continu en ce qui

    concerne le dmarrage et lemballement.

    Justifier vos rponses.

    R3-

    Problme au dmarrage: On sait que la tension aux bornes de linduit est rgie par :

    Au dmarrage : N = 0 Le courant nest limit que par la faible rsistance de linduit. Il est impratif de protger linduit par la limitation du courant de dmarrage des valeurs acceptables:

    1) Si U variable, on dmarre faible tension :

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    ;

    est alors de lordre de quelques volts.

    2) Si U est constante :

    Pour rduire Id

    , il faut insrer une rsistance de dmarrage Rd en srie avec la

    rsistance R de linduit:

    Les deux solutions combines peuvent tre utilises en mme temps : Diminuer Ud et insrer un rhostat Rd.

    Problme demballement : Avec lalimentation constante :

    Dans le cas gnral :

    Si augmente alors N diminue.

    En particulier si diminue ( , alors le moteur semballe (la vitesse N devient excessive) :

    Il faut protger les moteurs courant continu contre les sous excitations. _________________________________________________________________________________

    Q4-

    Comment remdie-t-on aux problmes dcoulant de la commutation et de la raction magntique

    de linduit ?

    R4-

    1. Pour amliorer la commutation dans les machines courant continu, la solution la plus

    retenue (pour ne pas dplacer les balais) consiste en lajout de ples de commutation qui

    seront placs sur la ligne neutre (ligne inter-polaire) pour anticiper la commutation dans les

    sections o le courant va tre invers (Fig.1a). Les enroulements de commutation seront mis

    en srie avec linduit du moteur.

    2. Pour compenser la raction magntique de linduit :

    a. pour les petites puissances, les ples de commutation sont utiliss aussi (en

    renforant leurs Ampre-tours) pour remdier la raction magntique

    longitudinale de linduit.

    b. Pour les grandes puissances, cette solution nest pas suffisantes et on a recourt des

    enroulements de compensation ddis et qui seront placs dans les

    panouissements polaires de linducteur (Fig.1b)

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    Fig. 1a Fig. 1b

    Q5-

    1. Donner lexpression de la vitesse N en fonction du couple lectromagntique Cem pour le

    moteur srie et le moteur excitation indpendante (on suppose que le flux est constant

    pour le moteur excitation indpendante et proportionnel au courant induit pour le moteur

    srie).

    2. Les tracer sur un mme graphe. Rappeler leur type.

    3. Donner leurs principales applications industrielles.

    R5- 1. Moteur srie : La vitesse est donne par :

    Si on nglige la saturation et la chute devant RI et on aurait :

    Par limination du courant par lquation :

    On obtient :

    Pour une tension U donne, on obtient :

    Cest bien lquation dune hyperbole comme le montre la figure 2. Cest donc une caractristique du type srie. Moteur excitation indpendante:

    avec

    Do :

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    Cest une droite de faible pente ngative : elle est donc du type shunt ! (Fig. 2)

    2. Trac des caractristiques mcaniques (Fig.2)

    Fig.2

    3. Les principales applications industrielles sont :

    Entranement vitesse variable pour le moteur excitation indpendante

    Traction lectrique pour le moteur srie __________________________________________________________________________________ Q6- Rappeler les mthodes permettant la variation de vitesse des moteurs excitation indpendante et des moteurs excitation srie. Quelles sont les types de freinage utiliss pour ces 2 moteurs. R6-

    La variation de la vitesse du moteur excitation indpendante est base sur la variation de la

    tension dalimentation aux bornes de linduit, en intercalant gnralement un redresseur command

    entre la source de tension alternative et le moteur ou un hacheur entre la source du courant continu

    et le moteur.

    Pour le moteur excitation srie, en plus de la variation de la tension dalimentation (avec des procds similaires que prcdemment), on peut ajouter un rhostat en parallle avec lenroulement de lexcitation. Pour le freinage des moteurs courant continu : Le freinage ralis est gnralement combin : lectrique et mcanique. Le freinage lectrique par rcupration est effectu si la source dalimentation est rversible. Dans ce cas, le moteur (srie ou indpendante) fonctionnerait en gnratrice excitation indpendante : lnergie cintique du moteur est rcupre par la source. Si la source nest pas rversible, linduit est alors ferm sur un rhostat : lnergie cintique du moteur est dissipe par effet Joule dans le rhostat : Cest le freinage rhostatique. Afin dobtenir un temps de freinage plus court (ou des arrts durgence), on quipe ces moteurs par des freins mcaniques.

    N

    Mot. Excitation indpendante

    Mot. Excitation srie

    Cem 0

    No

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    Q7- Moteur srie 1 :

    On note sur la plaque signaltique dun moteur srie : Un = 220 V ; In = 15 A ; Nn = 1500 tr/mn

    On suppose que le flux est proportionnel au courant de linduit : ( = k. I).

    La rsistance totale induit en srie avec linducteur R = 1 . 1- Calculer la rsistance de dmarrage limitant le courant de dmarrage : Id = 2In. Comparer alors les couples Cd (dmarrage) et Cn (nominal). 2- Pour le fonctionnement nominal :

    a) Calculer la fcm du moteur et en dduire le couple lectromagntique nominal. b) Calculer les pertes Joule. Calculer le couple utile si le rendement du moteur est estim 0.8

    3- Evaluer le