 Le fonctionnement du moteur DC moteur DC alimenté en alternatif. (universel) rôle des pôles auxiliaires moteur sans balais, Brushless |
Il existe plusieurs type de moteur à courant coutinu :
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et moteur universel
| Le fonctionnement du moteur DC moteur DC alimenté en alternatif. (universel) rôle des pôles auxiliaires moteur sans balais, Brushless |
Il existe plusieurs type de moteur à courant coutinu :
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Le moteur à courant continu à exitation indépendante est réversible en dynamo. Pour les autres types, il faut un inducteur qui a suffisamment de magnétisme rémanent pour engendrer une tension induite lors de la mise en rotation du rotor.
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Moteur à exitation indépendante :
| Aspirateur de voiture: 1: interrupteur principale 2: pôle inducteur ( aimant permanent) 3: induit (3 bobines sur le rotor) 4: collecteur (ici seulement 3 plaques) 5: charbon (alimentation du rotor) mote : sur cette photo le suppport des charbons a été decouplé du reste du moteur. |
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Dans ce moteur le flux inducteur (stator) est indépendant du courant absorbé par le rotor. Le rotor est alimenté par les 3 plaques du collecteur et présente toujours les mêmes pôles d'induit face aux pôles des inducteurs.La force exercée sur les conducteurs du rotor ne change jamais de sens en un point donné; par contre nous avons un couple de force qui permet aux rotor de se mettre en rotation.
Si l'on fait tourner manuellement le rotor, nous obtenons une tension induite continue aux balais (charbon). Ce moteur est donc réversible en dynamo.
Pour changer le sens de rotation de ce moteur, il faut changer le sens du courant de l'induit ou modifier la polarité des aimants permanents.
caractéristiques:
note : Ce moteur ne peut pas être employé en moteur universel ( avec une alimentation électrique alternative).
Les formules principales sont :
force contre-électromotrice : E' = N * n * phi courant dans l'induit : I = (U-E') / Ri I démarrage : I = U / (Ri + Radd )(a)ou I dém = U / Ri n = (U-R*I) / (N * phi) = E' / (N * phi) |
E' en V (auusi appellé FCEM) N nombre de spire n vitesse de rotation en s-1 (tr/s) I en A U tension d'alimentation en V Ri résistance de l'induit en ohms phi flux magnétique en webers |
(a) Si l'induit ne tourne pas, il se comporte comme une résistance pur ( pas de E') les valeurs de courant de démarrage sont environs 12 fois la valeur nominale. Pour limiter ce courant à une valeur acceptable, on place généralement un rhéostat (Radd) en série avec l'induit. La vitesse pourra être réglée avec un rhéostat de champ en série avec l'inducteur ( dans le moteur shunt) ; au démarrage sa position doit être telle que le courant comme l'exitation soient maximum.
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Les moteurs DC (à exitation dépendante) peuvent être moteur est alimenté en alternatif. On appèle ce moteur " universel" (alternatif ou continu). Ce type de moteur est aussi utilisé pour des aspirateur, perceuse à main, rasoir, moulins à café,etc., mais aussi dans les moteurs de traction ( bien que la tendance dans ce domaine est d'utiliser des moteurs asynchrones triphasé avec un aservissement).
Dans ce moteur les inducteurs sont aussi alimentés par le réseau. Si la polarité de la source électrique change, les pôles magnétiques des inducteurs changent ansi que le sens du courant dans l'induit. La force résultante ne change pas de sens, donc le sens de rotation non plus.
Toutefois lorqu'on branche un moteur DC sur un réseau de même tension U , on constate que le courant absorbé, le couple du moteur et sopn rendement sont bien plus faible qu'en continu. Il faut également faire attention aux étincelles sur le collecteur qui produit un échauffement.
Pour améliorer le fonctionnement du ce type de moteur avec une alimentation alternative, il faut :
Si la fréquence diminue, le pertes fer et la chute de tension réactive ( Ul = Xl * I ) diminuent. Donc pour une tension donnée, la tension induite E' augmente. Le fonctionnement de ce moteur est donc meilleur si la fréqnence diminue ( à f=0, il est très bon !!).
Attention comme le moteur série continu, le moteur universel s'emballe à vide et se vitesse varie fortement selon sa charge.
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| moteur DC d'un mixer : 1: graduateur de vitesse 2: inducteur ( 4 enroulements) 3: induit bobiné 4: collecteur 5 charbons |
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Dans cet exemple, le moteur est alimenté en alternatif. Pourtant le moteur est un moteur à courant continu. On appèle ce moteur universel. Ce type de moteur est aussi utilisé pour des aspirateur, perceuse à main, mais aussi dans les moteurs de traction ( bien que la tendance dans ce domaine est d'utiliser des moteurs asynchrones avec un aservissement).
La caractéristique de ce moteur est que si la charge utile ( puissance demandée ) augmente, la vitesse de rotation diminue, ce qui entraîne une diminution de la force contre-électromotrice E' et une augmentation du courant induit et inducteur et donc en finalité une augmentation du flux magnétique inducteur ( donc du couple - on 'remplace' de la vitesse par de la puissance).
caractéristiques:
Pour changer le sens de rotation de ce moteur, il faut changer le sens du courant soit l'induit soit l'inducteur.
remarques : alimenté en tension continue, le rotor est parcouru par un courant alternatif dont la fréquence égale la vitesse de rotation ( en tr/s).
Les formules principales sont :
force contre-électromotrice : E' = N * n * phi courant dans l'induit : I = (U-E') / (Ri + RI) I démarrage : I = U / (Ri + RI+ Radd )(a)ou I dém = U / (Ri + RI ) n = (U-R*I) / (N * phi) = E' / (N * phi) |
E' en V (auusi appellé FCEM) N nombre de spire n vitesse de rotation en s-1 (tr/s) I en A U tension d'alimentation en V Ri résistance de l'induit en ohms RI résistance de l'inducteur en ohms phi flux magnétique en webers |
(a) Si l'induit ne tourne pas, il se comporte comme une résistance pur ( pas de E') les valeurs de courant de démarrage sont environs 12 fois la valeur nominale. Pour limiter ce courant à une valeur acceptable, on place généralement un rhéostat (Radd) en série avec l'induit.
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Comme le moteur série, il peut être alimenté en alternatif. Si la polarité de la source électrique change, les pôles magnétiques des inducteurs changent ansi que le sens du courant dans l'induit. La force résultante ne change pas de sens, donc le sens de rotation non plus.
Dans ce moteur, pour une tension d'alimentation constante, le courant d'exitation ( dans l'inducteur) ne varie (presque) pas. donc si la charge augmente, le vitesse du rotor ne diminue que de très peu.
On peut légèement régler la vitesse à l'aide d'un rhéostat de champ en série avec l'inducteur.
caractéristiques:
Les formules principales sont :
force contre-électromotrice : E' = N * n * phi courant dans l'induit : I i = (U-E') / (Ri) courant dans l'inducteur : II = U / RI courant moteur : Ii + I I Ii démarrage : Ii = U / (Ri + Radd )(a)ou I dém = U / (Ri ) n = (U-R*I) / (N * phi) = E' / (N * phi) |
E' en V (auusi appellé FCEM) N nombre de spire n vitesse de rotation en s-1 (tr/s) Ii (dans l'induit) II ( dans l'inducteur) en A U tension d'alimentation en V Ri résistance de l'induit en ohms RI résistance de l'inducteur en ohms phi flux magnétique en webers |
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Ce moteur est utilisé dans des machines dont les charges sont irrégulières.
Ce moteur pourrait être appellé série-shunt. En effet sa caractéristique est d'avoir deux inducteurs.
l'un est en série avec l'induit,
l'autre en parrallèle avec le groupe induit + inducteur 1.
Une augmentation de la charge, implique une diminue de la vitesse donc une augmentation du courant d'induit. ce courant traverse égalemenent un des inducteurs et augmente ainsi le flux magnétique (donc le couple ).
La vitesse de ce type de moteur est relatrivement constante quelque soit la charge, Il a un bon couple au démarrage.
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Avant de parler de pôles auxiliaires, il peut être important de rappeler ce que sont les pôles principaux.Ce sont les enroulements de l'inducteur.
Il faut se rendre compte que l'induit est traversé sous un pôle de l'inducteur par un courant de même sens et de sens contraire pour chaques pôles. Il en résulte un effet de bobine engendrant son propre flux magnétique (en bleu) dont le sens est perpendiculaire à celui de l'inducteur ( en rouge).
La résustante (somme vectorielle ou géométrique- en vert) de ces deux flux est donc légèrement désaxée par rapport au flux inducteur. ceci est important, car il faut que la communtation ( emplacement des charbon) ai lieu dans cette axe magnétique.
Bien sûr on pourrait calculer tout cela et décaler phisiquement la position des charbons. Mais..
Lorque la charge varie, le courant d'induit change. Donc son flux magnétique aussi et en conséquence l'axe de la résultante magnétique aussi.
Pour palier à ce phénomène, on construit des pôles auxiliaires ( on n'y arrive) en série avec l'induit et dont le flux est opposé à celui engendré par l'induit. Une variation de courant induit provoque une même variation dans les pôles auxilaires. La résultante ne bouge ( pratiquement) pas.
Ces pôles auxiliaires se place soit dans l'axe du champ de l'induit, soit sous les pôles de l'inducteur .
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Moteurs sans balais Brushless :
Ce type de moteur à courant continu, a l'avantage de ne pas avoir de balais, donc pas d'usure de contact.
Ci-dessous, deux modèles différents sont représenté
Le rotor est constitué d'un aimant permanent ( par exemple : Alnico ou SmCo - samarium + cobalt) alors que le stator est constitué d'enroulement cuivre.
Le moteur brushless est utilisé pour de grandes vitesse ou si l'emplacement du moteur est difficile d'accès.
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