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Une nouvelle rubrique est ouverte: DUT SRC (services et réseaux de communication) du même IUT.
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contient des articles et des extraits de cours sur le sujet.
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Ce travail est gratuit, et son auteur accepte de partager sans limite son travail.
2009 ANNEE MONDIALE DE L'ASTRONOMIE
OUVREZ VOS YEUX et CONTEMPLEZ l'UNIVERS!
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Mercredi 23 mai 2007
3
23
/05
/Mai
/2007
14:56
-
Par jean marie bourven
-
Publié dans : i-e1-a: Bac STI Génie Mécanique
voici une première fiche de révision et de synthèse pour le cours de Physique du bac STI Génie Mécanique:
sujet traité: l'alimentation en tension et en courant du moteur à courant continu
RAPPEL
un moteur CC est constitué de deux parties distinctes en interaction électromagnétique
- l'inducteur, qui est un enroulement de cuivre fixe ( au stator) alimenté en courant continu et créant un champ magnétique B à 2 ou 4 pôles Nord - Sud
- l'induit, qui est un enroulement de spires bati autour d'un rotor, alimenté en courant continu d'intensité I subissant le flux FI du champ B au travers de ces spires.
L'interaction entre FI et I crée une force de Laplace et un couple électromagnétique associé de moment Mem ( ou Cem ou encore Tem) entraînant la rotation du rotor.
pour alimenter le moteur CC il faut donc:
- une source de tension continue pour l'inducteur (sauf si celui-ci est à aimantation permanente) appelée excitation.
- une source de tension continue U pour l'induit appelée polarisation d'induit (dont le signe et l'amplitude va déterminer le sens de rotation et la vitesse du rotor) qui envoie un courant celui-ci ( dont l'intensité I va dépendre du moment du couple électromagnétique Mem appelé par la charge mécanique que le rotor est susceptible d'entraîner)
constantes du moteur:
R: résistance de l'induit dépendant de la longueur et de la section des spires
K: constante d' Arnold liée à sa construction ( nombre de spires, nombre de voies d'enroulement du rotor, nombre de paires de pôles de l'inducteur)
variables du moteur:
W ( oméga) la vitesse angulaire
Mem le moment du couple électromagnétique
les lois régissant ce moteur sont de 3 natures:
nature électromagnétique: apparition d'une fem d'induction presque constante e crée par la rotation du rotor dans le flux FI et de valeur moyenne
<e> = E = K.FI.W
écrite parfois E = k.n avec n = W / 2pi et k = 2pi.K.FI
E en V FI en Wb W en rad.s-1 n en s-1 ou (tr/s) et k en V.s
et apparaissant aux bornes des frotteurs amenant le courant d'induit I de la source de polarisation aux spires
nature électrique: issu de la modélisation série de l'induit et de la loi d'Ohm
U = E + RI
R en Ohm et I en A
nature magnétomécanique: il y a proportionalité entre le courant I et le couple de moment Mem
Mem = K.FI.I
Mem en Nm
La gestion du comportement électromécanique du moteur CC est assurée par une combinaison des lois ci-dessus sous la forme:
U = K.FI.W + R Mem/ (K.FI) ou aussi Uo = K.FI.W + r Cem/ (K.FI)
selon que l'on utilise les notations U ou Uo, Mem ou Cem, R ou r
mais qu'importe la notation, l'essentiel est représenté par la droite ci-dessous représentant la vitesse de rotation en fonction de la tension de polarisation de l'induit:
droite affine ( et non linéaire par abus de langage ) qui montre que pour piloter la vitesse du moteur il est nécessaire de faire varier deux paramètres:
U la tension d'induit, afin de parcourir la droite à flux FI constant
FI pour faire varier à la fois son coefficient directeur et son ordonnée à l'origine
venons en au sujet présenté: l'alimentation électique du moteur CC
plaçons nous dans le cas du moteur CC à excitation.
il nous faut donc disposer de deux sources de tension continue une pour l'inducteur, l'autre pour l'induit.
En général la source d'excitation est obtenue à partir:
- d'un accumulateur ( cas du démarreur automobile, de certins outillages)
- d'un pont diviseur de tension relié à cet accumulateur
- d'un étage redresseur du courant alternatif à diodes pour l'excitation constante, à thyristors pour l'excitation variable pour un moteur CC industriel
Pour l'induit, il existe plus de possibilités
- la source de tension autonome ( pile, accumulateur ) pour l'outillage électroportatif et certains jouets à petit moteurs CC
- le hacheur ( ou modulateur de largeur d'échelon) avec diode de roue libre et bobine de lissage du courant
- les ponts de redressements à diodes ou thyristors, avec lissage du courant par une bobine ou de la tension par un condensateur.
voici une table graphique présentant quelques unes des possibilités évoquées:
le cas particulier du hacheur est évoqué ci-dessous:
c'est un dispositif permettant de faire varier la valeur moyenne de la tension <umoteur> = uM, donc la vitesse du moteur, par variation du rapport de cycle a.
si a = 0 <umoteur> = O moteur à l'arrêt
si a = 1 <umoteur> = Uo vitesse du moteur maximale.
caractéristique de la vitesse de rotaion: elle est une fonction affine de a
cas du redressement fixe et variable:
exemple du pont mixte (2 thyristors, 2 diodes) fonctionnant sous u = Û sin wt
tension sinusoïdale fournie par le réseau ou par un transformateur.
voici une planche explicative des signes, sens de circulation des courants et des tensions, séquences des commutateurs passants :
il y a 4 phases de conduction et de commutation illustrée par les flèches de courant et de tension sur ce schéma.
bien noter que les diodes servent 2 fois: une fois en éléments passant sous tension réseau, une fois en élémens "roue libre" assurant le court-circuit de la branche bobine-MCC
bien noter aussi qu'un thyristor devient passant lorsque sous tension positive il est l'objet d'une impulsion de courant à la gachette, et qu'il reste passant jusqu'à ce que l'autre thyristor soit à son tour amorcé.
bien noter enfin que la branche bobine-MCC est traversé par un courant toujours de même sens et ininterrompu.
variation de vitesse:
remarquant que la tension redressée ured = ubobine + umoteur
et que <ubobine> = L<di/dt) = 0
on a : <umoteur> = <ured>
pour ce dernier dispositif, la tension moyenne aux bornes du moteur vaut donc :
<umoteur> =<ured>= Û/pi ( 1 + cos A)
où A est l'angle d'ouverture des thyristors avec A = wt1 = w ( T/2 -t2 )
cas particuliers:
- si t1 = 0 alors <umoteur> = 2Û/pi le pont mixte devient l'équivalent d'un pont
PD2 à 4 diodes et le moteur tourne à sa vitesse maximale
- si t1 = T/2 alors <umoteur > = 0 et le moteur est à l'arrêt.
caractéristique de vitesse: c'est une fonction non linéaire de A.
sujet traité: l'alimentation en tension et en courant du moteur à courant continu
RAPPEL
un moteur CC est constitué de deux parties distinctes en interaction électromagnétique
- l'inducteur, qui est un enroulement de cuivre fixe ( au stator) alimenté en courant continu et créant un champ magnétique B à 2 ou 4 pôles Nord - Sud
- l'induit, qui est un enroulement de spires bati autour d'un rotor, alimenté en courant continu d'intensité I subissant le flux FI du champ B au travers de ces spires.
L'interaction entre FI et I crée une force de Laplace et un couple électromagnétique associé de moment Mem ( ou Cem ou encore Tem) entraînant la rotation du rotor.
pour alimenter le moteur CC il faut donc:
- une source de tension continue pour l'inducteur (sauf si celui-ci est à aimantation permanente) appelée excitation.
- une source de tension continue U pour l'induit appelée polarisation d'induit (dont le signe et l'amplitude va déterminer le sens de rotation et la vitesse du rotor) qui envoie un courant celui-ci ( dont l'intensité I va dépendre du moment du couple électromagnétique Mem appelé par la charge mécanique que le rotor est susceptible d'entraîner)
constantes du moteur:
R: résistance de l'induit dépendant de la longueur et de la section des spires
K: constante d' Arnold liée à sa construction ( nombre de spires, nombre de voies d'enroulement du rotor, nombre de paires de pôles de l'inducteur)
variables du moteur:
W ( oméga) la vitesse angulaire
Mem le moment du couple électromagnétique
les lois régissant ce moteur sont de 3 natures:
nature électromagnétique: apparition d'une fem d'induction presque constante e crée par la rotation du rotor dans le flux FI et de valeur moyenne
<e> = E = K.FI.W
écrite parfois E = k.n avec n = W / 2pi et k = 2pi.K.FI
E en V FI en Wb W en rad.s-1 n en s-1 ou (tr/s) et k en V.s
et apparaissant aux bornes des frotteurs amenant le courant d'induit I de la source de polarisation aux spires
nature électrique: issu de la modélisation série de l'induit et de la loi d'Ohm
U = E + RI
R en Ohm et I en A
nature magnétomécanique: il y a proportionalité entre le courant I et le couple de moment Mem
Mem = K.FI.I
Mem en Nm
La gestion du comportement électromécanique du moteur CC est assurée par une combinaison des lois ci-dessus sous la forme:
U = K.FI.W + R Mem/ (K.FI) ou aussi Uo = K.FI.W + r Cem/ (K.FI)
selon que l'on utilise les notations U ou Uo, Mem ou Cem, R ou r
mais qu'importe la notation, l'essentiel est représenté par la droite ci-dessous représentant la vitesse de rotation en fonction de la tension de polarisation de l'induit:
droite affine ( et non linéaire par abus de langage ) qui montre que pour piloter la vitesse du moteur il est nécessaire de faire varier deux paramètres:
U la tension d'induit, afin de parcourir la droite à flux FI constant
FI pour faire varier à la fois son coefficient directeur et son ordonnée à l'origine
venons en au sujet présenté: l'alimentation électique du moteur CC
plaçons nous dans le cas du moteur CC à excitation.
il nous faut donc disposer de deux sources de tension continue une pour l'inducteur, l'autre pour l'induit.
En général la source d'excitation est obtenue à partir:
- d'un accumulateur ( cas du démarreur automobile, de certins outillages)
- d'un pont diviseur de tension relié à cet accumulateur
- d'un étage redresseur du courant alternatif à diodes pour l'excitation constante, à thyristors pour l'excitation variable pour un moteur CC industriel
Pour l'induit, il existe plus de possibilités
- la source de tension autonome ( pile, accumulateur ) pour l'outillage électroportatif et certains jouets à petit moteurs CC
- le hacheur ( ou modulateur de largeur d'échelon) avec diode de roue libre et bobine de lissage du courant
- les ponts de redressements à diodes ou thyristors, avec lissage du courant par une bobine ou de la tension par un condensateur.
voici une table graphique présentant quelques unes des possibilités évoquées:
le cas particulier du hacheur est évoqué ci-dessous:
c'est un dispositif permettant de faire varier la valeur moyenne de la tension <umoteur> = uM, donc la vitesse du moteur, par variation du rapport de cycle a.
si a = 0 <umoteur> = O moteur à l'arrêt
si a = 1 <umoteur> = Uo vitesse du moteur maximale.
caractéristique de la vitesse de rotaion: elle est une fonction affine de a
cas du redressement fixe et variable:
exemple du pont mixte (2 thyristors, 2 diodes) fonctionnant sous u = Û sin wt
tension sinusoïdale fournie par le réseau ou par un transformateur.
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il y a 4 phases de conduction et de commutation illustrée par les flèches de courant et de tension sur ce schéma.
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bien noter aussi qu'un thyristor devient passant lorsque sous tension positive il est l'objet d'une impulsion de courant à la gachette, et qu'il reste passant jusqu'à ce que l'autre thyristor soit à son tour amorcé.
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variation de vitesse:
remarquant que la tension redressée ured = ubobine + umoteur
et que <ubobine> = L<di/dt) = 0
on a : <umoteur> = <ured>
pour ce dernier dispositif, la tension moyenne aux bornes du moteur vaut donc :
<umoteur> =<ured>= Û/pi ( 1 + cos A)
où A est l'angle d'ouverture des thyristors avec A = wt1 = w ( T/2 -t2 )
cas particuliers:
- si t1 = 0 alors <umoteur> = 2Û/pi le pont mixte devient l'équivalent d'un pont
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- si t1 = T/2 alors <umoteur > = 0 et le moteur est à l'arrêt.
caractéristique de vitesse: c'est une fonction non linéaire de A.
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