Génératrice et moteur à courant continu PARTIE THEORIQUE
1 – Essais des machines électriques Lorsqu’on construit une machine, on optimise ses paramètres pour obtenir le meilleur rendement pour des conditions de fonctionnement données : ces valeurs (courant, tension, puissance, vitesse…) sont appelées valeurs nominales (elles sont gravées sur la plaque signalétique de la machine). Cette machineest faite pour être utilisée : un moteur doit entraîner un système en rotation (c’est-àdire fournir de la puissance mécanique); une génératrice, un alternateur, doivent transformer de l’énergie mécanique pour alimenter en courant une installation (c’est-à-dire fournir de la puissance électrique). Quand la machine fournit une puissance (dite utile) non nulle, elle est en charge. Si elle ne fournitaucune puissance, elle est à vide : elle consomme seulement ses propres pertes. Les essais à vide, ou rotor bloqué pour les moteurs et en court circuit pour les génératrices, sont des essais à puissance utile nulle, c’est-à-dire à puissance consommée réduite. Ils permettent de mesurer des constantes de la machine pour prévoir comment elle va réagir en charge. Pour une très grosse machine (>1 MW)ce sont les seuls essais possibles, sur le site de construction, qui permettent au constructeur de vérifier qu’elle marchera. L’essai en charge a souvent pour but de mesurer le rendement d’une machine électrique, soit : pour un moteur : le quotient de la puissance utile (fournie sur l’arbre sous forme mécanique à la charge) par la puissance électrique consommée (induit et inducteur) pour unegénératrice : le quotient de la puissance électrique fournie à la charge par la somme des puissances mécanique entraînant le rotor et électrique alimentant l’inducteur. 2 – Machines à courant continu (moteur et génératrice) 2-1) Loi d’Ohm dans le circuit rotorique Moteur et génératrice sont une seule et même machine : par construction, elle est réversible. La loi d’Ohm s’écrit selon 2 conventions :Convention récepteur (moteur) Convention générateur (génératrice) U=E+RI U=E-RI
R E I U E R I U
E est la fcem (force conter électro-motrice) du moteur ou la fem de la génératrice, R est la résistance interne.
____________________________________________________________
_________________________________ Génératrice et moteur à courant continu – 1 Plate-forme 3E (Électricité, Electronique,Electrotechnique) C.E.S.I.R.E. – Université J Fourier Grenoble
Un simple changement de signe permet de passer de l’une à l’autre : selon que le courant I est consommé par la machine ou fourni à l’extérieur, la machine fonctionne en moteur ou en génératrice. Le circuit ci-dessus, auquel on applique la loi d’Ohm, est le circuit de l’enroulement sur le rotor de la machine. Le rotor est un cylindre enfer feuilleté où l’on a usiné des encoches en périphérie selon ses génératrices. Ce circuit est aussi le circuit de puissance car le couple de la machine est proportionnel au courant I (cf 1-3). La puissance est donc limitée par le courant maximum qu’on peut faire passer du rotor tournant à l’extérieur fixe (pour une génératrice) par un contact glissant charbon/cuivre (contact balais/collecteur).La chute de tension due à ce double contact est de l’ordre du volt : eB?1V . Le rotor est aussi appelé induit car il subit l’induction provenant du stator inducteur. 2-2) Le stator inducteur Le stator comporte 2 pièces polaires diamétralement opposées qui enveloppent chacune le rotor sur un angle de ??/2 . Au moyen d’aimants permanents (pour les petits moteurs) ou d’un circuit inducteur (alimentépar le courant d’excitation i continu), les pièces polaires deviennent des pôles N et S fixes : les lignes d’induction ainsi engendrées se referment par la carcasse du stator et à travers le rotor. Elles ont le plus grand mal à traverser l’entrefer, c’est-à-dire les quelques millimètres d’air séparant le stator fixe du rotor tournant : prenant le chemin le plus court, elles sont orthogonales…