Machine Courant Continu

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1-3- Le collecteur et les balais Le collecteur est un ensemble de lames de cuivre où sont reliées les extrémités du bobinage de l'induit. Les balais (ou charbons) sont situés au stator et frottent sur le collecteur en rotation. Le dispositif collecteur / balais permet donc de faire circuler un courant dans l’induit.

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2- Principe de fonctionnement - Fonctionnement en moteur Conversion d’énergie électrique en énergie mécanique :

- Fonctionnement en génératrice (dynamo) Conversion d’énergie mécanique en énergie électrique :

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2-1- Fonctionnement en moteur Soit une spire du bobinage d'induit : r F r

B

r B

r F

r F

r B

r F

r B

champ magnétique inducteur B + courant d'induit I ⇒ forces électromagnétiques (forces de Laplace) ⇒ couple électromagnétique ⇒ rotation du rotor

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2-2- Fonctionnement en génératrice Le principe physique utilisé est le phénomène d'induction électromagnétique (loi de Faraday : e = -dΦ/dt) :

r S

r B

r B

r S

champ inducteur + rotation de la spire ⇒ variation du flux magnétique Φ = B⋅ S ⇒ création d'une fem induite (e) alternative Le collecteur permet d’obtenir une fem de forme continue.

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• Remarque La machine à courant continu est réversible : elle fonctionne aussi bien en moteur qu'en génératrice. 3- Schéma électrique équivalent Les matériaux ferromagnétiques de la machine sont supposés linéaires (pas de saturation). 3-1- Expression de la fem induite Loi de Faraday : E=kΦΩ

E : fem induite (tension continue en V) Φ : flux magnétique crée sous un pôle par l'inducteur (cf. fig. 1) Ω : vitesse de rotation (en rad/s) 11 k : constante qui dépend de la machine considérée

3-2- Expression du couple électromagnétique Loi de Laplace : Tem = k' Φ I

Tem : couple électromagnétique (en Nm) I : courant d'induit (en A) k’ : constante qui dépend de la machine

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3-3- Conversion de puissance La puissance électromagnétique Pem mise en jeu a deux formes : • électrique • mécanique Il vient : Pem = E I Pem = TemΩ E I = TemΩ (k Ω Φ) I= (k' Φ I) Ω k = k‘ E=kΦΩ Tem = k Φ I

En résumé :

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3-4- Flux magnétique crée sous un pôle B α i Φ α B (par définition) ⇒ le flux est proportionnel au courant d’excitation : Φ α i • La fem est donc proportionnelle : - au courant d'excitation - à la vitesse de rotation E α iΩ • Le couple électromagnétique est proportionnel : - au courant d'excitation - au courant d'induit Tem α i I • Cas particulier : inducteur à aimants permanents Flux constant ⇒ E α Ω Application : mesure de vitesse de rotation (dynamo tachymétrique). 14

r B

3-5- Schéma équivalent de l'induit On utilise un modèle de Thévenin : Fig. 8 I R U E Loi des branches : Fonctionnement : - en moteur : - en génératrice : E : fem induite (en V) U : tension d'induit (en V) R : résistance d'induit (en Ω) (résistance du bobinage de l'induit) I : courant d'induit (en A) (en convention récepteur)

U = E + RI

I>0 I 0 Pe = UI < 0

E R En charge : I >> i

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• Vitesse de rotation E=kΦΩ d'où :

U − RI Ω= kΦ