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X B B’ A A’ . . e1 e2 X’ B Ω Figure 4.1 : production d’une f.e.m R - + U A A’ Figure 4.2 : Redressement mécanique

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2°-Réalisation industrielle

2°.1-Constitution

la figure suivante precise les elements qui constituent une machine à courant continu.

 L’induit, partie tournante siège de la f.e.m induite

 L’inducteur, partie fixe produisant le flux

 Les balais et le collecteur jouant le rôle de redresseur

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t +EM -EM u(t) e(t) Figure 4.3 : Allure de la f.e.m entre balais Encoche Induit Entrefer Axe Collecteur Balai Inducteur Bobine inductrice Pole Conducteur Figure 4.4 : Constitution d’une machine à courant continu

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2°.2-L’inducteur

C’est l’ensemble producteur de flux magnétique .Il comporte de 2*P pôles :

 P=1 : machine bipolaire(2 pôles)

 P=2 : machine tetrapolaire(4 pôles)

 P=3 : machine hexapolaire(6 pôles)

 P=4 : machine octopolaire(8 pôles)

Ces pôles sont dits pôles principaux , constitués de noyaux massifs en acier doux, ils sont

terminés par des épanouissements( ou cornes) polaires feuilletés pour réduire les pertes fer.

Les bobines inductrices produisent les ampères-tours qui magnétisent les pôles sur lesquels

sont montées(et par la suite la machine) ; elles sont identiques et disposées de sorte que

lorsqu’elles sont parcourues par le courant d’excitation elles donnent des pôles

alternés :Nord-Sud-Nord-Sud

 Machine à excitation indépendante

La figure suivante donne l’exemple d’une machine à excitation indépendante. On dispose

d’une source Ud de faible puissance laquelle est placé en série avec Rh appelé rhéostat de

champ ou d’excitation.

Dans ce cas on constate que le courant

dépend uniquement de



Génératrices auto excitées

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dhRdrjG Figure 4.5: Génératrice séparée jdUdhdrRUj

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 Le courant d’excitation n’existe que si la tension de l’induit est importante(excitation shunt

et composée) ou si la machine est en charge(excitation série).

 Pour ces génératrices, il apparait le problème d’amorçage. En effet une génératrice est dite

amorcée, ce lorsqu’elle délivre une tension utilisable (de l’ordre de la tension nominale

indiquée sur la plaque signalétique) à vitesse de rotation nominale.

 Pour amorcer une génératrice, il est nécessaire de réunir 3 conditions :

• Existence de flux rémanent

• Le sens de

dans l’inducteur crée un flux

de même sens que

, si non on inverse les

connections entre induit et inducteur.

• Vitesse de rotation suffisamment élevée et résistance du circuit inducteur suffisamment

faible.

2°.3-L’induit

C’est le rotor, la disposition actuelle est dite induit en tambour, il comprend :

2°.3.1-Un noyau cylindrique

• Disques découpés dans des tôles au silicium empilés et isolés entre eux.

• Sa surface extérieure comporte des encoches ou rainures pour recevoir le bobinage de

l’induit.

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RhdrjG)(asRGG)(bhRdrjGsR)(c Figure 4.6: Génératrice auto excitée (a) : shunt ;(b) : serie et (c) : composée rjjr

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2°.3.2-Enroulement

Il réalise le couplage des conducteurs actifs en un circuit fermé.

• L’enroulement induit est logé dans les encoches.

• Deux encoches séparés d’une distance polaire (

) reçoivent les

Conducteurs actifs(AB) et (CD) reliés par deux conducteurs inactifs pour former une spire.

En répétant plusieurs fois ce circuit dans les deux mêmes encoches on réalise une section, les

cotés de la section sont appelés faisceaux de conducteurs.

2°.3.3-Le collecteur

 Le collecteur appartient au rotor, il est tournant, cependant, les balais qui frottent sur le

collecteur sont fixes.

 Placé en bout d’arbre, il est constitué de lames de cuivre isolées électriquement entre elles

et isolées par rapport à l’arbre.

 Sur chacune des lames se trouve la soudure entre deux faisceaux de conducteurs d’induit.

 Il y’a autant de lames que de sections.

 Chaque paire de balais sépare l’induit en deux voies d’enroulement.

2°.3.4-Voies d’enroulement



les balais divise l’induit en

voies d’enroulement, chaque voie d’enroulement

comporte donc

conducteurs actifs(N :nombre total de conducteurs d’induit) .

 Les voies d’enroulement sont à considérer comme deux générateurs identiques

montés en parallèle (même f.e.m et même courant=(1/2a) courant dans la charge)

 Exemple 1 :

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Figure 4.7: Induit d’une machine à courant continu Ppa2aN2/22a

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N : nombre total de conducteurs d’induit ;

:f.e.m par faisceau ;

:f.e.m par brin actif de

l’induit ;

:nombre de voies d’enroulement.

:f.e.m aux bornes d’induit

or

;

Exemple 2 :

 Remarque :

D’après ce qu’a été vu, on conclut que :

• Pour augmenter le courant débité par une génératrice, on doit augmenter le nombre de

voies d’enroulement

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bEbEE8I22afEbEa2EbEaNE.222abENE.242abEI42abEE4bENE.4

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• Pour avoir

la f.e.m,

la plus grande. On minimise

le nombre de voies

d’enroulements(on prend

et on augmente le nombre de conducteurs actifs).

3°-Expression de la f.e.m

Pour commencer, rappelons que la f.e.m à vide peut être mesurée à l’aide d’un voltmètre aux

bornes de la génératrice à vide.

peut être exprimée en fonction des paramètres de la machine.

3°.1-F.e.m moyenne dans un brin actif :

Supposons qu’un conducteur actif de l’induit se déplace d’un pas polaire

,il va donc couper un flux

ceci en un temps

Avec

:vitesse angulaire de l’induit

D’après la loi de Faraday, la f.e.m moyenne dans ce conducteur sera donnée par :

3°.2-F.e.m aux bornes de l’induit

Comme déjà vu, l’induit est reparti sur

voies d’enroulement identiques. Chaque voie

conducteurs actifs , par conséquent la f.e.m à la sortie de la génératrice sera

comporte

celle produite par voie d’enroulement.

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22aGV)/(mntrnvEpPpPt)/(srd..PtEba2aN2/...2..2PaNEaNEb

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Généralement la vitesse de rotation est exprimée en(tr/mn).soit

cette vitesse. On peut

écrire la relation suivante entre

et

:

En remplaçant

dans la relation donnant la f.e.m, on aura

Avec

:nombre de paires de pôles,

:nombre de paires de voies d’enroulement,

:nombre total de conducteurs actifs de l’induit,

:flux utile par pole en[Wb],

:vitesse de rotation de l’induit et

:f.e.m moyenne aux bornes de l’induit.

 Remarque

A vide on écrit

Si la vitesse est constante, on aura

Sachant que

est crée par le courant d’excitation

, d’où l’allure de

à

4°.Expression du couple électromagnétique

La puissance électromagnétique est donnée par :

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nn60..2n.60..nNaPEPaN)/(mntrn)(VEvvnNaPE.60..vvvKfE.)(.vj)(jfEvcten)(Aj)(VEv Figure 4.8: Caractéristique à vide

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avec :

:f.e.m en charge,

: courant induit et

:puissance

électromagnétique.

Et le couple électromagnétique sera donné par :

Avec

Donc à flux constant, l’allure de

est une droite

5°-Etude de l’induit en charge

5°.1-Réaction magnétique de l’induit

On rappelé que l’induit est le siège :

• E :f.e.m : dans le cas d’une génératrice

• E :f.c.e.m : dans le cas d’un moteur

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achemIEP.)(VEch)(AIa)(WPemachMachachemIKnInNaPIEP..602..60...2.NaPKM)(aeIf)(AIa).(mNe0aIp Figure 4.9: Caractéristique du couple

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Dans les deux cas chaque conducteur actif de l’induit sera traversé par un courant

.ces

courants créent un flux magnétique d’induit dit de réaction magnétique de l’induit(R.M.I) qui

d’après(LENZ) s’oppose au flux à vide. On aura ainsi :



(Malgré qu’on maintient l’excitation constante)

Les modèles équivalents de l’induit lors d’un fonctionnement générateur ou moteur sont

données par les schémas suivants ;

On note

: chute de tension provoquée par la réaction magnétique de l’induit.

: Résistance mesurée entre bornes de l’induit.

Par conséquent, en charge, la loi des mailles appliquée à l’induit donne ;

dans le cas d’une génératrice

dans le cas d’un moteur

La réaction magnétique de l’induit croit avec la charge

5°.2-répartition du flux magnétique en charge

La réaction magnétique de l’induit distorde les lignes de champ de telle sorte que la ligne

neutre magnétique sera décalée :

• Dans le sens de rotation pour une génératrice

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aI2vchvchEEchvEEI)()(aRaavaachIRIEIREU.)(.aavaachIRIEIREU.)(.aRvE)(IaRvE)(IUechRargaIaIU Figure 4.10: Schéma équivalent de l’induit

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• Dans le sens contraire pour un moteur

Ce décalage est d’autant plus important que la charge est plus intense. Il en résulte que les

balais placés sur l’axe interpolaire ne collectent plus une f.e.m maximale car une partie des

conducteurs auront de f.e.m opposées au reste de conducteurs.

Figure 4.11 : Répartition de champ

magnetique

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Inducteur seul Induuit seul Induuit et inducteur

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5°.3-Compensation de la réaction magnétique de l’induit :

Pour remédier aux problèmes causés par la R.M.I ,qui :

• En génératrice , la diminution du flux provoque une chute de tension

• En moteur, la diminution du flux peut entrainer l’emballement de vitesse.

On peut :

 Soit décaler les balais et augmenter l’entrefer à la corne de la sortie.Cette solution est

valable pour les machines de faible puissance et ayant un seul sens de rotation.

 Soit utiliser un enroulement de compensation, placés dans des encoches pratiquées sur

les pièces

polaires, qui traversé par le courant induit produira une force

magnétomotrice qui s’oppose aux ampère-tour de l’induit.

5°.4-Problème de commutation

On rappelle qu’entre deux lames consécutives, il y’a toujours une section.la commutation est

l’inversion du courant dans une section. Lorsque la génératrice tourne , les lames se déplacent

selon de la flèche en pointillé .cette inversion entrainent des petits arcs, qui peuvent détériorer

les lames et les balais.

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jIchRNS Figure 4.12: Enroulement de compensation

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Figure 4.13 : Phénomène de commutation

Pour remédier contre cet inconvénient, on utilise des pôles auxiliaires de commutation(P.C),

placés sur les lignes neutres théoriques(axes interpolaires), ayant des noyaux de faible largeur,

leurs enroulements sont traversés par le courant induit et produisant des pôles ayant le même

nom que lr pole principal suivant dans le sens de rotation. Ces pôles engendrent dans la

section en commutation une f.e.m de renversement croissante avec la charge et qui s’oppose à

la f.e.m d’auto-induction et aide le courant à s’inverser sans arcs.

Figure 4.14: Branchement des pôles de commutation

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