Cours Electrotechnique
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AMARI.Mansour
LES GENERATRICES A COURANT
CHAPITRE : 05
CONTINU
Contenu
1 -Introduction&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&..68
2 -Caract ristiques usuelles&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&..68
3 -G n ratrice excitation s par e&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&...69
3 .1-Sch ma et quations de fonctionnement&&&&&&&&&&&&&&&&&&.69
3 .2-Caract ristique vide&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&..69
3 .3-Caract ristique en charge&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&71
3 .4-Caract ristique de r glage&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&...72
4 -G n ratrice excitation shunt&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&..73
4 .1-sch ma et quations de fonctionnement&&&&&&&&&&&&&&&&&&..73
4 .2-Probl me damor age&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&..74
4 .3-point de fonctionnement vide&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&...75
4 .4-Caract ristique en charge&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&75
TD N 3 : G n ratrice courant continu&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&..79
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Les g n ratrices
1 -Introduction
Les machines courant continu sont essentiellement destin s pour fonctionner en moteur ;le
g n ratrice en tant que machine a t totalement remplac e par des dispositifs lectroniques
statiques r alisant la conversion alternatif-continu(Redresseurs).Cependant il est int ressant
de connaitre le fonctionnement g n rateur et ceci, au moins, pour deux raisons :
Pour maitriser
le fonctionnement moteur,
il est
int ressant dassimiler
le
fonctionnement g n rateur.
Lors de son fonctionnement, le moteur accoupl sa charge, peut parfois, fonctionner
en g n ratrice, afin de freiner cette charge .par exemple, en traction lectrique et dans
le cas dun m tro en descente, la vitesse va se maintenir raisonnable gr ce au freinage
par r cup ration.
Pour que le f.e.m existe, il faut deux conditions :
- La machine doit tre entrain e une vitesse de rotation n(par exemple laide dun
moteur auxiliaire) ;
- Lexistence dun champ magn tisant, donc linducteur doit tre aliment
Au chapitre pr c dent, on a d j vu quil existe 4 modes dalimentation de linducteur (on
dit aussi excitation) : excitation s par e, excitation shunt, excitation s rie et excitation
compound.
2 -Caract ristiques usuelles :
Les variables de fonctionnement dune g n ratrice sont :
- La vitesse de rotation n
- Le courant dexcitation(j)
- La tension aux bornes de linduit U
-
Le courant dinduit I
Il en r sulte , les caract ristiques usuelles suivantes :
Caract ristiques vide (ou interne) :
n= constante
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)(jfEv=
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Caract ristiques en charge(ou externe) :
n=constante et j=constant
Caract ristiques de r glage :
n=constante et U=constante
3 -G n ratrice excitation s par e
3 .1-Sch ma et quations de fonctionnement
: source dexcitation
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;
: Rh ostat dexcitation ;
:r sistance de lenroulement
inducteur et
:moteur dentrainement
La loi des mailles appliqu e :
- Au circuit inducteur nous donne :
(1)
- Au circuit induit tout en consid rant le mod le d j tabli au chapitre pr c dent,
nous donne :
(2)
Avec
: r sistance totale de linduit et
: chute de tension due la r action
magn tique de linduit.
3 .2-Caract ristique vide
Cest la courbe
n= constante
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)(IfU=)(jfI=h MdrdUjQIUn Figure 5.1: Essai vide dUhRdrMdhexrRUj+=IRIEUav.)(--=eaR)(Ie)(jfEv=
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A vide (charge isol ),on maintient la vitesse constante et on fait varier le courant
dexcitation et on rel ve la tension aux bornes de linduit.
Allure de
n= constante
On a vu au chapitre 4 que la f.e.m vide est donn e par
A vitesse constante
Dautre part, le champ magn tique H est proportionnel lexcitation
par cons quent
aura la m me allure que
Pour
:f.e.m r manente <<<
(tension nominale lue sur la plaque
signal tique)
Pour les faibles valeurs de
le circuit magn tique nest pas satur est proportionnel
donc
est une droite.
Pour des valeurs dexcitations importantes, le circuit magn tique va se saturer et
laccroissement de la f.e.m sera moins vite que pr c demment
pr sente donc une
coude de saturation
A la saturation, m me si on augmente lexcitation la f.e.m vide
constante.
Pr d termination de
partir de
:
A =constante (par exemple
), on v rifie que :
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j)(jfEv=vvnNaPEf.60..=vvKEf.=j)(jfEv=)(HfB=R)(AjrE)(VEv1n Figure 5.2: Caract ristique vide 0=jrvEE=nUjvfj)(jEv)(jEv vE)(jfEv=2n)(jfEv=1nj1j
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(3)
Pour obtenir la 2 me courbe, il suffit de recommencer cette op ration pour plusieurs valeurs de
.
3 .3-Caract ristique en charge
Cest la courbe
n et j constantes
En se r f rant la figure 5.1 et dapr s (1)
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On fait varier le courant
laide de la charge
et on rel ve la tension
aux bornes de
linduit tout en maintenant la vitesse
et lexcitation
constante. On obtient lallure
suivante :
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2211nEnE=1212.nnEE=j1n2n)(Aj1E2E)(VEv Figure 5.3: Caract ristique vide pour deux vitesses diffirentes j1)(IfU=cterRdh=+ctej=IRUnj
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Pour un r gime de fonctionnement en charge( pour
donn ), la chute de tension due la
r action magn tique de linduit est donn e par
Avec :
:f.e.m en charge ;
:f.e.m vide
La loi des mailles appliqu e linduit nous donne :
(4)
Lorsque
croit diminue, donc
est d croissante et sincurve de plus en plus
cause de
.
, c'est- -dire horizontale qui sort de
.
est donc sym trique de
par rapport
.
On trace
partir de
en retranchant
pour diff rents valeurs de
.
3 .4-Caract ristique de r glage
Cest la courbe
et
On peut obtenir directement par lexp rience, les diff rentes valeurs de lexcitation permettant
pour les diff rents d bits de maintenir la tension constante. Lallure est donn e ci-dessous.
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)(VU0U)(Ih)(IeIRa.)(AI)(IU Figure 5.4 : Essai en charge IchvEEI-=)(echEvE)().)((IhEIRIEUvav-=+-=eIU)(IU)(Iectej=cteIEv=)(0U)(Ih)(IU2/0U)(Ie)(IhIRa.I)(jfI=cten=ctej=
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est lexcitation produisant vide
Lorsque
augmente la tension
diminue, pour maintenir
constante, on augmente
pour compenser la chute de tension
Remarque : (pr destination de
.
)
On peut tracer cette caract ristique graphiquement partir des deux pr c dentes :
Soit
4 -G n ratrice excitation shunt
4 .1-Sch ma et quations de fonctionnement
Le circuit inducteur
est branch en parall le avec linduit, do lappellation shunt
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Le courant induit dans ca cas est
, il est l g rement sup rieur
dans la charge.
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)(AI)(Aj)(0Aj Figure 5.5 :Caract ristique de r glage 0j0UIUUj)(Ih)(jfI=1II=1U101)(UUIh-=)(101IhUEv+=1j1IdhrR+jIIa+=I jIUn1Q2QaIhRdrMG Figure 5.6: G n ratrice shunt
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La loi des mailles appliqu e :
- Au circuit inducteur nous donne :
(5)
- Au circuit induit tout en consid rant le mod le d j tabli au chapitre 4 , nous donne :
4 .2-Probl me damor age
(6)
La g n ratrice est entrain e sa vitesse nominale et excit e par son excitation nominale,
elle est dit amorc e si elle d livre une tension de lordre de sa tension nominale. Ce
probl me on le r sout vide.
La g n ratrice est entrain e ,
est ouvert
; avec
:d signe la
f.e.m r manente. Lorsquon ferme linterrupteur
,deux situations peuvent se pr senter :
Soit U
: la g n ratrice samorce
Soit U
: la g n ratrice ne samorce pas
Dans ce dernier cas, pour amorcer la g n ratrice, il suffit dinverser soit, le sens de rotation ,
soit le courant dexcitation
en permutant les connections entre induit et inducteur.
Par cons quent , les conditions damor age sont :
- Vitesse de rotation suffisante(par exemple nn : vitesse nominale)
- Existence de la f.e.m r manente
- Flux inducteur
agit dans le m me sens que le flux r manent(
)
4 .3-Point de fonctionnement vide
Tout dabord on pr cise que
ne d pend , ni du mode dexcitation, ni du mode de
fonctionnement, car elle repr sente la courbe daimantation du circuit magn tique. Il est
toujours recommand de la relever en g n ratrice excitation s par e
Linduit et linducteur sont en parall le. A vide , la tension aux bornes de linduit
est :
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dhrRUj+=aavIRIEU.)(--=e1Q0=jnrUEU<<=rE1QdhrRUj+=fvEUdhrRUj+=fvEUjjfrf)(jfEv=0U00)(jrREUdhv+==
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Dapr s ces deux galit s , on voit que
le point de fonctionnement vide est lintersection
de
et la droite des inducteurs
.On peut d placer le point de
fonctionnement
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)(jfEv=jrRdh)(+0PhRnhR Droite des inducteurs nn )(AjrE)(VEv0P0U0jjrRdh)(0+)(jEv0=hR0hR1hRhcR Figure 5.9: D placement de point de fonctionnement
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si on augmente
la droite des inducteurs va tourner laxe des ordonn es et le point
de fonctionnement se d place sur
gauche.
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A la limite de
(valeur critique), le point de fonctionnement nest plus defini et
la machine se d samorce
On peut d terminer graphiquement
:
;avec
(dans la zone
lin aire)
action sur
En diminuant la vitesse
la caract ristique vide va se d placer par affinit vers le
bas et le point de fonctionnement vide va se d placer aussi vers le bas sur la droite
des inducteurs.
A la limite pour une vitesse critique
la g n ratrice samorce, on d montre que
4 .4-Caract ristique en charge
Cest la courbe
et
=constante
On peut obtenir cette caract ristique :
- Soit directement par essai
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hR)(jfEv=hchRR=hcRdchcrRR-=jERvcDD=n Droite des inducteurs )(Ajrv0PjrRdh)(0+)(jEv1Pncn)(VEv Figure 5.10: Action sur la vitesse ncnncdhcnRrRn.0+=)(aIfU=cten=dhrR+
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- Soit graphiquement par construction de Picou
Essai direct
Le montage tant celui de la figure 5.7, apr s amor age, vide on r gle lexcitation qui donne
( on ne touche plus
) ; on ferme
, puis on varie le courant laide de la charge
et on rel ve la tension tout en gardant la vitesse constante.
est plus tombante que
car contrairement lexcitation
s par e,
nest plus constante, elle d croit en m m temps que
do une baisse plus
accentu e de la tension.
Le courant d bit pr sente un maximum, au del du quel, la g n ratrice refuse sa
charge :si lon diminue encore la r sistance de charge, le courant d croit en m m temps
que la tension.
On peut atteindre la mise en court-circuit de la g n ratrice, ceci sans danger, puisque
est nulle (
:courant nominal)
Pr d termination par construction de Picou
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0UU=hR2QR rv)(VUSepar eIU)(shuntIU)()(Ih)(AIMaxI Figure 5.11: Caract ristique en charge shuntIfU)(=separ eIfU)(=jUjnarccIREIpp
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A partir de
et
(ou encore
) la m m vitesse, trac es
la m m chelle de part et dautre de laxe des tensions ; on va pouvoir (sans faire
lessai)tracer la caract ristique en charge de la m m g n ratrice lorsquelle fonctionnait
excitation shunt.
La marche suivre est expliqu e par la figure suivante :
On refait cette construction pour plusieurs courants, on obtient les tensions correspondantes.
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)(jfEv=cten=)(Ihsepar eIfU)(=1aI1h11)(hjrRdh++1vE111hEUv-=pour )(Ajr)(VEv0PU0jjrRdh)(0+)(jEv)(VU)(IIa)(IhSepar eIU)(1M1'MShuntIUetMM)(11' Figure 5. 12 : Construction de Picou