Moteurs à courant continu : fonctionnement, connexions et composants

1. Comment fonctionne un moteur à courant continu (DC) ?

• Un moteur à courant continu (DC) comporte un stator et un rotor. Dans de nombreux moteurs DC, généralement plus petits, le stator est composé d'aimants permanents pour créer un champ magnétique. Dans les moteurs à courant continu plus grands, ce champ magnétique est réalisé à l'aide d'enroulements d'excitation.
• Le rotor est le dispositif qui tourne au centre du moteur et se compose de fils conducteurs de courant enroulés. Ce courant est fourni au rotor par les balais, habituellement faits de carbone.

Remarque : L'armature est un enroulement composé de fils conducteurs qui joue un rôle précis dans un moteur.

2. De combien de façons peut-on connecter les moteurs DC ?

• Les moteurs DC peuvent être connectés de trois manières principales :
  • Moteur à excitation série
  • Moteur à excitation parallèle (Shunt)
  • Moteur à excitation composée (Compound)

3. Quel est le rôle du collecteur ?

• Un collecteur est utilisé pour transmettre la puissance, des signaux ou des données en continu d'une source stationnaire à une destination en rotation, ou vice versa.

4. Qu'est-ce qu'un inducteur ?

• Un inducteur ou une bobine est un composant passif d'un circuit électrique qui, en raison du phénomène d'inductance, emmagasine de l'énergie dans un champ magnétique.

L'inducteur est composé des éléments suivants :

• Bobinage inducteur : L'ensemble des bobines pour la production de flux magnétique, dont le flux sera généré par l'électricité.
• Culasse : C'est une pièce de substance ferromagnétique, non entourée par les enroulements et conçue pour relier les pôles de la machine.
• Pièce polaire : La partie du circuit magnétique située entre la culasse et l'entrefer, incluant le noyau et l'expansion polaire.
• Noyau : La partie du circuit magnétique entourée par le bobinage inducteur.
• Expansion polaire : La partie de la pièce polaire à proximité de l'armature et bordant l'entrefer.
• Pôle auxiliaire : C'est un pôle magnétique supplémentaire, avec ou sans enroulement, destiné à améliorer la commutation. Ils sont généralement utilisés dans les machines de puissance moyenne et grande.

5. Décrivez les caractéristiques des moteurs DC par type d'excitation.

Moteur à excitation parallèle (Shunt) :

• La résistance de l'enroulement inducteur principal est très grande.
• Ils sont adaptés pour des applications où une vitesse constante est requise ou pour des applications nécessitant une large plage de vitesses.
• Le bobinage inducteur est connecté en dérivation (ou en parallèle) avec le circuit formé par l'induit.

Moteur à excitation composée (Compound) :

• L'excitation est assurée par deux enroulements inducteurs indépendants : un en série avec l'induit, et un en dérivation (shunt) connecté en parallèle avec l'ensemble induit-série.
• Ils possèdent un enroulement de champ série en plus de l'enroulement shunt. Cet enroulement série, qui se compose de quelques tours de fil épais, est connecté en série avec l'induit et conduit le courant d'induit.
• Le flux du champ série varie directement en fonction de la variation du courant d'induit, et est directement proportionnel à la charge.

Moteur à excitation série :

• Il a tendance à s'emballer en marche à vide, car la vitesse d'un moteur à courant continu augmente avec la diminution du flux inducteur. Dans un moteur série, le flux inducteur diminue fortement à faible charge (donc à vitesse élevée), car le courant dans l'inducteur est le même que celui de l'induit.
• La puissance est presque constante quelle que soit la vitesse.
• Il est peu affecté par les variations brusques de tension, car une augmentation de la tension provoque une augmentation de l'intensité, et par conséquent du flux et de la force contre-électromotrice, ce qui stabilise le courant absorbé.