Théorie des machines à courant continu
Une machine à courant continu est un convertisseur d'énergie.
Les transferts d'énergie qui s'opèrent pendant son fonctionnement apparaissent dans le diagramme ci-dessous.
On constate, que s'il est alimenté par un générateur de tension continue, un moteur peut fournir de l'énergie mécanique à un système. Cette énergie mécanique se traduit par l'existence d'un couple de moment r qui peut tourner à la vitesse angulaire
.
La génératrice à courant continu, lorsqu'elle est entraînée par une source d'énergie mécanique, peut fournir un courant continu dans un circuit électrique. Cette énergie électrique se traduit par l'existence d'une tension et d'une intensité continues.
La même machine peut fonctionner en moteur ou en génératrice. L'expression de la f.e.m : e dans une spire est donnée par la loi de Faraday :
Le flux
dans une spire est une fonction sinusoïdale du temps. Il dépend de la vitesse de rotation
de la spire.
Si on appelle
le flux maximal passant dans une spire, a` une date t, et si la normale à la spire fait un angle
avec l'axe du repère du mouvement (colinéaire au champ magnétique
), le flux
a pour expression :
La loi de Faraday donne :
Rôle du collecteur :
Si les balais sont placés dans l'axe des pôles, chaque passage de la spire par une position orthogonale à cette direction change le signe de la tension e entre les balais.
Comme e change de signe en même temps que la valeur de
, les deux effets se compensent : le collecteur joue le rôle d'un dispositif redresseur et la tension a cet aspect :
La valeur moyenne E de cette fonction sinusoïdale redressée est :
ou
E est proportionnel à la vitesse de rotation.
Cas d'un moteur réel :
Les tensions dues aux N spires du moteur sont décalées tout autour de l'axe. Elles donnent des tensions qui sont progressivement déphasées les unes par rapport aux autres. Leur somme est une fonction ondulée qui tend à l'être d'autant moins que le nombre de spires et de pôles est plus grand (par exemple, deux paires de pôles ou davantage).
La f.e.m. de la machine est proportionnelle à la f.e.m. d'une spire et au nombre de tours de fils. Elle est de la forme :
Le nombre N de spires est choisi et les spires sont réparties sur toute la surface de l'induit dans des encoches et associées de fa¸con à obtenir la tension totale la moins ondulée possible.
Cette tension est proportionnelle à la vitesse de rotation.
