Machine Electrique à Courant Continu

la résistance du rhéostat Rhe, l'angle a va diminuer ; tant que la pente

de D reste supérieure à celle de Cv dans sa partie linéaire, la f.é.m. reste faible; dès que la pente devient

supérieure, la f.é.m. s'établit : on dit que a machine s'est amorcée.

v si le courant inducteur crée un flux opposé au rémanent ( droite D"), en diminuant Rhe, on diminue la

f.é.m. et la machine ne peut s'amorcer.

Le signe de la f.é.m. créée par le courant inducteur dépend du signe de iex donc du sens de branchement des

bornes d'induit et d'inducteur et du signe de la vitesse.

Une génératrice en excitation dérivation ne peut s'amorcer pour un sens de

rotation donné que pour un seul sens de couplage de l'induit et de l'inducteur.

On peut montrer que ce sens de couplage est celui qui donne en moteur le même sens de rotation qu'en

génératrice.

caractéristique en charge

Si nous maintenons la vitesse n et la résistance du rhéostat d'excitation constantes, nous obtenons

la caractéristique externe U(I) de la fig.3.

Lorsque le courant d'induit augmente, la résistance d'induit et la réaction magnétique d'induit font diminuer

la tension donc le courant d'excitation; ceci provoque une nouvelle diminution de la tension.

Pour les forts courants, cet effet cumulatif provoque la chute rapide de la tension d'induit, on dit que

la machine se désamorce.

1.4 Réversibilité

Si nous inversons la tension d'induit U, nous inversons simultanément le courant inducteur donc le flux ;

la vitesse n peu différente de U/ k'.F n'est pas modifiée; la f.é.m E = k'.n.F s'inverse ainsi que le courant

d'induit Ia; le couple électromagnétique Tem = k.F.Ia n'est donc pas modifié. L'inversion de la tension d'induit

ne permet donc pas de modifier les grandeurs mécaniques en régime permanent.

Il serait cependant dangereux d'inverser la tension en fonctionnement; en effet la constante de temps

électrique Lex/Rex de l'inducteur est beaucoup plus grande que celle de l'induit; en inversant U nous

inverserons Ia bien avant Iex; durant cette phase transitoire nous inversons donc la vitesse et le couple créant

un régime transitoire très brutal et dangereux tant électriquement que mécaniquement.

Partant d'un fonctionnement en moteur sens + dans le quadrant Q1, si nous diminuons la tension en la

gardant positive, la vitesse variant moins vite que le courant d'induit, la f.é.m. devient supérieure à la tension

et le courant d'induit s'inverse sans que le flux change de signe; nous inversons donc le couple mais pas la

vitesse, c'est à dire que nous fonctionnons en génératrice dans le quadrant Q2.

Si nous voulons fonctionner en moteur sens - dans le quadrant Q3, nous devons inverser la vitesse et le

couple; pour cela il suffit d'inverser le flux sans modifier les autres grandeurs; nous devons croiser les

connexions induit - inducteur. Pour cela il est nécessaire de passer par l'arrêt complet de la machine.

La machine continue en excitation dérivation se prête mal au fonctionnement quatre quadrants.

2 Excitation série

2.1 Principe

L'inducteur et l'induit sont montés en série; l'inducteur étant parcouru par un courant d'intensité élevé,

il doit être réalisé avec du fil de forte section et nécessite peu de spires pour avoir un nombre d'ampères-

tours conséquent. La résistance Rs de ce bobinage est du même ordre que celle de l'induit.

Pour disposer d'un élément de réglage du flux, nous pouvons placer une résistance Rhe en parallèle sur l'inducteur.

2.2 Fonctionnement en moteur

Négligeons la réaction magnétique d'induit et modélisons la caractéristique à vide suivant le graphe en trait

plein de la fig.5.

Ø Étudions d'abord la machine sans rhéostat d'excitation, soit pour Is = I. Posons R' = R + Rs , résistance

totale du circuit.

v Dans la partie linéaire de la caractéristique, la machine n'est pas saturée et le flux est proportionnel à

l'intensité I : F = a.I; nous avons alors E = U - R'.I = k'.n.F soit n = (U - R'.I) / k'.a.I ; si nous

négligeons la chute de tension R.I devant U, il vient: n = U/ k'.a.I . A tension constante, la

caractéristique de vitesse n(I) est une hyperbole équilatère.

Le moment du couple électromagnétique est Tem = k.F.I soit Tem = k.a.I² ; la caractéristique

électromagnétique Tem (I) est une parabole.

La caractéristique mécanique Tem (n) s'en déduit : I = U / k'.a.n et Tem = k.a.(U / k'.a.n)² soit

Tem = a'.(U/ n)².

v Dans la partie saturée de la caractéristique à vide, le flux est constant : k.F(Isat) = K.

L'équation de la vitesse est n = (U - R'.I)/K' , équation d'une droite ; celle du moment du couple est

Tem = K.I, équation de proportionnalité.

Nous constatons qu'aux faibles charges (Tem voisin de 0), l'intensité d'induit donc d'inducteur est très faible.

La vitesse peut alors prendre des valeurs dangereuses pour les parties tournantes.

Le moteur série, alimenté sous tension nominale, s'emballe aux faibles charges.

En particulier il est impossible de le faire fonctionner à vide sous tension nominale.

Nous constatons également que la vitesse est quasi proportionnelle à la tension; nous avons donc possibilité

de régler la vitesse par action sur la tension d'induit.

Ø Si nous utilisons un rhéostat d'excitation, pour la même valeur du courant d'induit, nous aurons un courant

d'excitation plus faible donc une vitesse plus élevée.

Nous avons Is.Rs = IRhe.Rhe et Is +IRhe = I , d'où nous tirons : Is = I.Rhe /(Rhe +Rs) = Ks.I , avec Ks = Cste.

La résistance équivalente à l'inducteur et au rhéostat en parallèle est R's=Ks.Rs; la résistance totale du circuit

devient R" = R+ R's. Pour une tension U et un courant I, la f.é.m. à la vitesse n est E = U - R".I; la f.é.m

à la vitesse nominale nn et pour le courant d'excitation Ks.I est Enn, lue sur la caractéristique à vide pour le

courant Is; nous obtenons : n / nn =E / Enn soit n = nn.(U -R".I) / Enn (Ks.I). Le moment du couple

électromagnétique devient: Tem = k F(Ks.I) I avec k.F(Ks.I) = Enn / (p.nn /30) ; par rapport au

fonctionnement sans rhéostat, pour un même courant d'induit, le flux a diminué donc le moment du couple

a diminué.

Pour un courant et une tension d'induit donnés,