Cours Electrotechnique
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AMARI.Mansour
LES GENERATRICES A COURANT
CHAPITRE : 05
CONTINU
Contenu
1°-Introduction………………………………………………………………………………..68
2°-Caractéristiques usuelles…………………………………………………………………..68
3°-Génératrice à excitation séparée…………………………………………………………...69
3°.1-Schéma et équations de fonctionnement……………………………………………….69
3°.2-Caractéristique à vide…………………………………………………………………..69
3°.3-Caractéristique en charge………………………………………………………………71
3°.4-Caractéristique de réglage……………………………………………………………...72
4°-Génératrice à excitation shunt……………………………………………………………..73
4°.1-schéma et équations de fonctionnement………………………………………………..73
4°.2-Problème d’amorçage…………………………………………………………………..74
4°.3-point de fonctionnement à vide………………………………………………………...75
4°.4-Caractéristique en charge………………………………………………………………75
TD N° 3 : Génératrice à courant continu……………………………………………………..79
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Les génératrices
1°-Introduction
Les machines à courant continu sont essentiellement destinés pour fonctionner en moteur ;le
génératrice en tant que machine a été totalement remplacée par des dispositifs électroniques
statiques réalisant la conversion alternatif-continu(Redresseurs).Cependant il est intéressant
de connaitre le fonctionnement générateur et ceci, au moins, pour deux raisons :
Pour maitriser
le fonctionnement moteur,
il est
intéressant d’assimiler
le
fonctionnement générateur.
Lors de son fonctionnement, le moteur accouplé à sa charge, peut parfois, fonctionner
en génératrice, afin de freiner cette charge .par exemple, en traction électrique et dans
le cas d’un métro en descente, la vitesse va se maintenir raisonnable grâce au freinage
par récupération.
Pour que le f.e.m existe, il faut deux conditions :
- La machine doit être entrainée à une vitesse de rotation n(par exemple à l’aide d’un
moteur auxiliaire) ;
- L’existence d’un champ magnétisant, donc l’inducteur doit être alimenté
Au chapitre précédent, on a déjà vu qu’il existe 4 modes d’alimentation de l’inducteur (on
dit aussi excitation) : excitation séparée, excitation shunt, excitation série et excitation
compound.
2°-Caractéristiques usuelles :
Les variables de fonctionnement d’une génératrice sont :
- La vitesse de rotation n
- Le courant d’excitation(j)
- La tension aux bornes de l’induit U
-
Le courant d’induit I
Il en résulte , les caractéristiques usuelles suivantes :
Caractéristiques à vide (ou interne) :
à n= constante
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)(jfEv Cours Electrotechnique
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Caractéristiques en charge(ou externe) :
à n=constante et j=constant
Caractéristiques de réglage :
à n=constante et U=constante
3°-Génératrice à excitation séparée
3°.1-Schéma et équations de fonctionnement
: source d’excitation
;
: Rhéostat d’excitation ;
:résistance de l’enroulement
inducteur et
:moteur d’entrainement
La loi des mailles appliquée :
- Au circuit inducteur nous donne :
(1)
- Au circuit induit tout en considérant le modèle déjà établi au chapitre précédent,
nous donne :
(2)
Avec
: résistance totale de l’induit et
: chute de tension due à la réaction
magnétique de l’induit.
3°.2-Caractéristique à vide
C’est la courbe
à n= constante
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)(IfU)(jfIh MdrdUjQIUn Figure 5.1: Essai à vide dUhRdrMdhexrRUjIRIEUav.)(aR)(I)(jfEv
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A vide (charge isolé),on maintient la vitesse constante et on fait varier le courant
d’excitation et on relève la tension aux bornes de l’induit.
Allure de
à n= constante
On a vu au chapitre 4 que la f.e.m à vide est donnée par
A vitesse constante
D’autre part, le champ magnétique H est proportionnel à l’excitation
par conséquent
aura la même allure que
Pour
:f.e.m rémanente <<<
(tension nominale lue sur la plaque
signalétique)
Pour les faibles valeurs de
le circuit magnétique n’est pas saturé est proportionnel
à
donc
est une droite.
Pour des valeurs d’excitations importantes, le circuit magnétique va se saturer et
l’accroissement de la f.e.m sera moins vite que précédemment
présente donc une
coude de saturation
A la saturation, même si on augmente l’excitation la f.e.m à vide
constante.
Prédétermination de
à
à partir de
à
:
A =constante (par exemple
), on vérifie que :
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j)(jfEvvvnNaPE.60..vvKE.j)(jfEv)(HfBR)(AjrE)(VEv1n Figure 5.2: Caractéristique à vide 0jrvEEnUjvj)(jEv)(jEvvE)(jfEv2n)(jfEv1nj1j
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(3)
Pour obtenir la 2éme courbe, il suffit de recommencer cette opération pour plusieurs valeurs de
.
3°.3-Caractéristique en charge
C’est la courbe
à n et j constantes
En se référant à la figure 5.1 et d’après (1)
On fait varier le courant
à l’aide de la charge
et on relève la tension
aux bornes de
l’induit tout en maintenant la vitesse
et l’excitation
constante. On obtient l’allure
suivante :
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2211nEnE1212.nnEEj1n2n)(Aj1E2E)(VEv Figure 5.3: Caractéristique à vide pour deux vitesses diffirentes j1)(IfUcterRdhctejIRUnj
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Pour un régime de fonctionnement en charge( pour
donné), la chute de tension due à la
réaction magnétique de l’induit est donnée par
Avec :
:f.e.m en charge ;
:f.e.m à vide
La loi des mailles appliquée à l’induit nous donne :
(4)
Lorsque
croit diminue, donc
est décroissante et s’incurve de plus en plus
à cause de
.
, c'est-à-dire horizontale qui sort de
.
est donc symétrique de
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par rapport à
.
On trace
à partir de
en retranchant
pour différents valeurs de
.
3°.4-Caractéristique de réglage
C’est la courbe
à
et
On peut obtenir directement par l’expérience, les différentes valeurs de l’excitation permettant
pour les différents débits de maintenir la tension constante. L’allure est donnée ci-dessous.
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)(VU0U)(Ih)(IIRa.)(AI)(IU Figure 5.4 : Essai en charge IchvEEI)(chEvE)().)((IhEIRIEUvavIU)(IU)(IctejcteIEv)(0U)(Ih)(IU2/0U)(I)(IhIRa.I)(jfIctenctej
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est l’excitation produisant à vide
Lorsque
augmente la tension
diminue, pour maintenir
constante, on augmente
pour compenser la chute de tension
Remarque : (prédestination de
.
)
On peut tracer cette caractéristique graphiquement à partir des deux précédentes :
Soit
4°-Génératrice à excitation shunt
4°.1-Schéma et équations de fonctionnement
Le circuit inducteur
est branché en parallèle avec l’induit, d’où l’appellation shunt
Le courant induit dans ca cas est
, il est légèrement supérieur à
dans la charge.
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)(AI)(Aj)(0Aj Figure 5.5 :Caractéristique de réglage 0j0UIUUj)(Ih)(jfI1II1U101)(UUIh)(101IhUEv1j1IdhrRjIIaI jIUn1Q2QaIhRdrMG Figure 5.6: Génératrice shunt
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La loi des mailles appliquée :
- Au circuit inducteur nous donne :
(5)
- Au circuit induit tout en considérant le modèle déjà établi au chapitre 4 , nous donne :
4°.2-Problème d’amorçage
(6)
La génératrice est entrainée à sa vitesse nominale et excitée par son excitation nominale,
elle est dit amorcée si elle délivre une tension de l’ordre de sa tension nominale. Ce
problème on le résout à vide.
La génératrice est entrainée ,
est ouvert
; avec
:désigne la
f.e.m rémanente. Lorsqu’on ferme l’interrupteur
,deux situations peuvent se présenter :
Soit U
: la génératrice s’amorce
Soit U
: la génératrice ne s’amorce pas
Dans ce dernier cas, pour amorcer la génératrice, il suffit d’inverser soit, le sens de rotation ,
soit le courant d’excitation
en permutant les connections entre induit et inducteur.
Par conséquent , les conditions d’amorçage sont :
- Vitesse de rotation suffisante(par exemple nn : vitesse nominale)
- Existence de la f.e.m rémanente
- Flux inducteur
agit dans le même sens que le flux rémanent(
)
4°.3-Point de fonctionnement à vide
Tout d’abord on précise que
ne dépend , ni du mode d’excitation, ni du mode de
fonctionnement, car elle représente la courbe d’aimantation du circuit magnétique. Il est
toujours recommandé de la relever en génératrice à excitation séparée
L’induit et l’inducteur sont en parallèle. A vide , la tension aux bornes de l’induit
est :
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dhrRUjaavIRIEU.)(1Q0jnrUEUrE1QdhrRUjvEUdhrRUjvEUjjr)(jfEv0U00)(jrREUdhv
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D’après ces deux égalités , on voit que
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le point de fonctionnement à vide est l’intersection
de
et la droite des inducteurs
.On peut déplacer le point de
fonctionnement
à vide par action sur
, soit sur la vitesse de rotation
action sur
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)(AjrE)(VEv0P0U0jjrRdh)(0)(jEv Figure 5.8: point de fonctionnement 0P)(jfEvjrRdh)(0PhRnhR Droite des inducteurs à nn )(AjrE)(VEv0P0U0jjrRdh)(0)(jEv0hR0hR1hRhcR Figure 5.9: Déplacement de point de fonctionnement
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si on augmente
la droite des inducteurs va tourner l’axe des ordonnées et le point
de fonctionnement se déplace sur
à gauche.
A la limite de
(valeur critique), le point de fonctionnement n’est plus defini et
la machine se désamorce
On peut déterminer graphiquement
:
;avec
(dans la zone
linéaire)
action sur
En diminuant la vitesse
la caractéristique à vide va se déplacer par affinité vers le
bas et le point de fonctionnement à vide va se déplacer aussi vers le bas sur la droite
des inducteurs.
A la limite pour une vitesse critique
la génératrice s’amorce, on démontre que
4°.4-Caractéristique en charge
C’est la courbe
à
et
=constante
On peut obtenir cette caractéristique :
- Soit directement par essai
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hR)(jfEvhchRRhcRdchcrRRjERvcn Droite des inducteurs )(Ajrv0PjrRdh)(0)(jEv1Pncn)(VEv Figure 5.10: Action sur la vitesse ncnncdhcnRrRn.0)(aIfUctendhrR
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- Soit graphiquement par construction de Picou
Essai direct
Le montage étant celui de la figure 5.7, après amorçage, à vide on règle l’excitation qui donne
( on ne touche plus
) ; on ferme
, puis on varie le courant à l’aide de la charge
et on relève la tension tout en gardant la vitesse constante.
est plus tombante que
car contrairement à l’excitation
séparée,
n’est plus constante, elle décroit en mémé temps que
d’où une baisse plus
accentuée de la tension.
Le courant débité présente un maximum, au delà du quel, la génératrice refuse sa
charge :si l’on diminue encore la résistance de charge, le courant décroit en mémé temps
que la tension.
On peut atteindre la mise en court-circuit de la génératrice, ceci sans danger, puisque
est nulle (
:courant nominal)
Prédétermination par construction de Picou
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0UUhR2QR rv)(VUSeparéeIU)(shuntIU)()(Ih)(AIMaxI Figure 5.11: Caractéristique en charge shuntIfU)(separéeIfU)(jUjnarccIREI
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A partir de
à
et
(ou encore
) à la mémé vitesse, tracées
à la mémé échelle de part et d’autre de l’axe des tensions ; on va pouvoir (sans faire
l’essai)tracer la caractéristique en charge de la mémé génératrice lorsqu’elle fonctionnait à
excitation shunt.
La marche à suivre est expliquée par la figure suivante :
On refait cette construction pour plusieurs courants, on obtient les tensions correspondantes.
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)(jfEvcten)(IhseparéeIfU)(1aI1h11)(hjrRdh1vE111hEUvpour )(Ajr)(VEv0PU0jjrRdh)(0)(jEv)(VU)(IIa)(IhSeparéeIU)(1M1'MShuntIUetMM)(11' Figure 5. 12 : Construction de Picou