Moteurs à courant continu (c.c.)

5 Moteurs à courant continu (c.c.)

Les moteurs à courant continu possèdent des caractéristiques qui les rendent intéressants pour certaines applications. Par exemple, un couple très élevé aux faibles vitesses font que le moteur série à courant continu convient bien aux applications de traction et de démarrage de machines.

La vitesse de ces moteurs se règle facilement en faisant varier la tension d’alimentation.

Voici une description générale caractérisant les moteurs c.c. :

La partie tournante (le rotor) d’un moteur c.c. se nomme induit et se compose d’enroulements comparables à ceux que l’on trouve sur les moteurs à induction à rotor bobiné (Figure 5-1).

La partie fixe (stator) du moteur crée un champ magnétique par l’action d’aimants permanents ou d’enroulements de champ qui agissent sur l’induit.

Le courant circule dans les enroulements de l’induit par le biais d’un ensemble de balais en carbone et d’un collecteur. Le collecteur est facilement reconnaissable à sa forme en anneau composé de paires diamétralement opposées de lames rectangulaires en cuivre; il est situé à l’une des extrémités de l’induit. Chaque paire de lames est raccordée à une bobine de l’enroulement d’induit. Les balais en carbone assurent le contact avec le collecteur grâce à des ressorts.

Lorsque le moteur est mis sous tension, le courant s’écoule à travers un balai via une lame du collecteur raccordée à une bobine de l’enroulement d’induit et ressort par l’autre balai à travers la lame de collecteur diamétralement opposée. L’induit devient ainsi similaire à un aimant qui interagit avec le champ du stator. Le champ de l’induit va tendre à s’aligner avec le champ du stator. Un couple est alors engendré et l’induit se déplace un peu. À ce moment, le raccordement à la première paire de lames du collecteur est interrompu et la paire de lames suivante vient s’aligner sur les balais de carbone. Le processus se répète et le moteur continue à tourner.

dessin montrant la production de couple dans un moteur à courant continu

Figure 5-1 : Développement du couple dans un moteur c.c.

a. Moteurs c.c. à excitation séparée

L’enroulement de champ (ou du stator) comporte un nombre de spires relativement élevé, ce qui réduit l’intensité du courant nécessaire à la production d’un champ intense du stator (Figure 5-2). Il est raccordé à une alimentation c.c. séparée, rendant ainsi le courant inducteur indépendant du courant qui alimente la charge ou l’induit.

Ces moteurs se caractérisent par une excellente régulation de la vitesse, car ils se prêtent parfaitement au réglage de la vitesse par variation du courant inducteur.

Les moteurs c.c. à excitation séparée sont susceptibles de s’emballer et d’atteindre des vitesses dangereusement élevées (théoriquement infinies) si le courant de l’enroulement de champ est interrompu. De ce fait, les applications devront comporter une certaine forme de protection du courant inducteur, car un moteur non protégé pourrait voler en éclats.

dessin montrant la bobine de champ et de l'armature dans un moteur à courant continu excité; graphique montre que de 0 à 100% de la charge de couple,% de la vitesse nominale reste au-dessus de 100%

Figure 5-2 : Moteur c.c. à excitation séparée

b. Moteurs c.c. à excitation série

L’enroulement inducteur comporte un nombre de spires relativement peu élevé et il est raccordé en série avec l’induit (Figure 5-3). Du fait qu’il est traversé par le plein courant de l’induit, l’intensité du champ magnétique augmente avec la charge et le courant d’induit.

Ces moteurs se caractérisent par un couple de démarrage très élevé.

La régulation de vitesse est difficile à assurer et ils ont une vitesse à vide très élevée.

 
dessin montrant la bobine de champ et de l'armature dans un moteur Champ DC; graphique montre que de 50 à 100% de la charge de couple,% de la vitesse nominale diminue de 200% à 50%

Figure 5-3 : Moteur c.c. à excitation série

 

c. Moteurs c.c. à excitation compound

Le moteur c.c. à excitation compound comprend à la fois un enroulement inducteur série et un enroulement inducteur shunt qui sont en général raccordés de façon à ce que leurs champs s’additionnent (Figure 5-4).

Cette disposition à deux enroulements permet d’obtenir des caractéristiques qui sont intermédiaires entre celles du moteur à excitation shunt et celles du moteur à excitation série.

La régulation de la vitesse est meilleure que dans le moteur à excitation série.

dessin montrant la bobine, bobine de champ de série excitation shunt et induit dans un composé de moteur à courant continu; graphique montre que de 0 à 100% de la charge de couple,% de la vitesse nominale diminue de 150% à 50%

Figure 5-4 : Moteur c.c. à excitation compound

d. Moteurs c.c. à aimants permanents

Dans ces moteurs, on emploie non plus des enroulements inducteurs mais des aimants permanents pour engendrer le champ magnétique du stator (Figure 5-5).

Les aimants permanents assurent une intensité de champ constante, les caractéristiques de ces moteurs étant voisines de celles du moteur c.c. à excitation shunt.

On utilise souvent les moteurs c.c. à aimants permanents dans des applications de faible puissance, et en particulier dans celles fonctionnant sur batteries (par ex. moteurs d’essuie-glace). Toutefois, compte tenu des récents progrès dans la technologie des aimants, les moteurs à aimants permanents pourraient atteindre des puissances supérieures à 200 HP.

dessin montrant la bobine de champ et de l'armature dans un moteur à aimant permanent DC; graphique montre que de 50 à 100% de la charge de couple,% de la vitesse nominale diminue de 150% à 50%

Figure 5-5: Permanent Magnet DC Motor

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