Machine Électrique

inu le stator, aussi appelé inducteur, crée un champ magnétique Bs. Le rotor, aussi appelé induit, est alimenté par un courant continu. Les conducteurs du rotor traversés par le courant sont immergés dans le champ Bs, or le physicien Laplace découvrit que le conducteur est soumis à une force F = Bs^I (^ = produit vectoriel entre les deux vecteurs). C'est cette force qui va faire tourner le rotor et créer le couple moteur. La constitution technologique du moteur matérialise ce principe de fonctionnement.

2. Stator du moteur courant continu

Le stator est constitué de la carcasse du moteur et du circuit magnétique proprement dit. Un circuit magnétique est constitué d'une structure ferromagnétique qui canalise le flux magnétique, créé par une source de champ magnétique : aimant permanent ou électro­aimant. Le circuit magnétique du stator crée le champ magnétique appelé « champ inducteur » (Bs). L'inducteur magnétise le moteur en créant un flux magnétique () dans l'entrefer. L'entrefer est l'espace entre les pôles du stator et le rotor. Le flux magnétique est maximal au niveau des pôles magnétiques. Illustrons ce vocabulaire avec une photo.

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II – Constitution du moteur

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Lycée polyvalent Louis COUFFIGNAL 11, route de la Fédération 67025 STRASBOURG

Moteur courant continu

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Il s'agit du moteur courant continu qui assure l'entraînement du Scootelec de Peugeot. Carcasse du stator Enroulement de l'inducteur Pôle magnétique de l'inducteur, avec les épanouissements polaires

Le pôle inducteur est feuilleté pour réduire le plus possible les pertes fers qui sont les pertes par courant de foucault et les pertes par hystérésis. Epanouissement polaire Revenons à la photo d'ensemble pour la commenter d'un point de vue magnétique : Pôle Sud Pôle Nord Pôle Nord Pôle Sud

Ligne neutre Ce moteur possède 2 paires de pôles inducteurs (Nord – Sud) pour mieux répartir le flux magnétique dans la machine. Les lignes de champ magnétique vont du pôle Nord vers le pôle Sud. La configuration des pôles est donnée pour un sens du courant inducteur. Si le courant est inversé, le pôle Sud devient un pôle Nord et inversement. C'est une possibilité pour inverser le sens de rotation du moteur, mais elle est peu utilisée. Lorsque la spire, ou section, de l'induit (paragraphe suivant) est sur la « ligne neutre », les forces électromotrices induites dans les conducteurs sont nulles et la spire est en court­circuit par les balais.

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3. Rotor du moteur courant continu

Enroulement de l'induit Roulement du palier mécanique Axe du moteur claveté

Circuit magnétique “induit” qui est feuilleté et réalisé par un empilement de tôles

Collecteur qui maintient un angle de 90° entre le champ magnétique induit et le champ magnétique inducteur : condition pour la transmission optimale du couple. Le collecteur est constitué de lames de cuivre isolées entre elles. L'isolant est de la micanite. L'ensemble balais d'alimentation + collecteur assure la liaison entre les conducteurs tournants et la partie fixe.

Chaque lame est soudée au fil de sortie d'une section et à l'entrée de la section suivante. Une section est un ensemble de conducteurs qui passent sous un pôle Sud et sous un pôle Nord crééent par le champ inducteur. La section baigne dans le champ magnétique inducteur.

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Encoche du rotor qui accueille les sections de l'enroulement d'induit. Tête de bobine qui est en dehors du champ inducteur actif. Sur les moteurs de forte puissance les têtes de bobine sont frettées à cause de la force centrifuge.

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Les deux figures ci­dessous représentent les deux types d'exécution des enroulements de l'induit. Enroulement imbriqué

Enroulement ondulé Lame du collecteur Balais borne + de l'alimentation continue

4. Balais et porte balais

Porte balais relié électriquement par une tresse conductrice au câble d'alimentation Balais à base de graphite, ni trop dur, ni trop tendre Câble d'alimentation en 16 mm2

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Système à ressort qui assure une pression constante du balais sur le collecteur. Certains moteurs possèdent un capteur qui informe de l'usure du balais. Isolation électrique de la carcasse du moteur par un support cartonné. Câble d'alimentation du moteur avec la cosse sertie.

Repère du câble présent sur le schéma électrique et qui identifie clairement le câble.

1. Schéma équivalent

I R U L E

1.1 Force électromotrice La grandeur clé du moteur courant continu est la force contre­électromotrice E.

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III – Relations électriques

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Son expression est : p E= N n flux a

p : nombre de paires de pôles. Dans l'exemple du moteur du Scootelec p = 2. a : nombre de paires de voies d'enroulement. Ce paramètre dépend de l'exécution du bobinage de

l'induit.

général, le flux est constant. L'unité du flux magnétique est le Weber (Wb).

E : force contre­électromotrice en Volt (V).

Le rapport Kv = pN/a est une donnée constructeur qui s'appelle en générale « constante de vitesse » pour les moteurs de faible puissance. La relation générale se réduit dans cette situation particulière à : E=Kv.n 1.2 Les impédances équivalentes

R : C'est la résistance totale : câble, balais, lame de collecteur et enroulement d'induit. La résistance

s'exprime en Ohm ()

L : C'est l'inductance de l'enroulement d'induit. Elle intervient dans les régimes transitoires

d'alimentation du moteur. L'inductance s'exprime en Henri (H)

L/R : la constante de temps électrique du moteur courant continu. Elle intervient pour déterminer

les limites de fréquence lors d'une alimentation du moteur par une commande électronique de type hacheur (commande qui sera développée dans un autre cours). 1.3 Application de la loi d'Ohm

U : tension d'alimentation du moteur en Volt (V)

U=E R.I en régime continu Dans le cas d'un régime transitoire la relation devient : L.dI U=E R.I  Voir le cours de physique appliquée