Réglage de la vitesse 3

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Variateurs à hacheurs

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Cette publication contient la leçon N° 5 de la commande des machines électriques. Proposé et rédigé par Dr Khader Saad

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La marche d’un groupe moteur-charge entrainée est fonction d’un équilibre dynamique. En effet, celle-ci est définie par l’égalité du couple moteur et du couple résistant, autrement dit correspond au point de rencontre des courbes Cm(Ω) et Cr(Ω). C’est à partir de cet équilibre dynamique que l’on passe aux conditions électriques de fonctionnement.

Faire varier la vitesse d’un moteur électrique, c’est modifier le point de fonctionnement, donc à courbe de couple résistant donnée Cr (Ω) (supposée immuable), c’est agir sur la courbe Cm (Ω) du moteur électrique d’une manière à la faire déplacer selon le signe de Cm-Cr. Tout ça a pour objectif de satisfaire au mieux les besoins d’une application demandée.

III.15 Caractéristiques des moteurs à courant continu

D’une manière générale, les caractéristiques mécaniques des moteurs électriques (Cm=f(Ω)) peuvent se ramener à 2 types principaux : L’induit et l’inducteur d’un moteur shunt sont alimentés sous la même tension Ua inscrite sur la plaque signalétique (tension nominale). Dans le cas d’un moteur à excitation séparée, il est alimenté par deux sources différentes. Mais pour les deux types, la tension appliquée à l’enroulement d’excitation et par suite le courant d’excitation sont indépendants de la charge, aussi leurs propriétés sont-elles identiques.

Moteur à courant continu ; (a) à excitation séparée, (b) à excitation shunt

Les caractéristiques qui nous intéressent sont :

  • Caractéristique électromécanique de couple C = f(I).
  • Caractéristique électromécanique de vitesse Ω = f(I).
  • Caractéristique mécanique Cm = f(Ω).

III.15.1 Cas du moteur shunt ou à excitation séparée :

A. Caractéristique électromécanique du couple-courant (Cm (I))

Le moteur shunt ou à excitation séparée est un moteur à flux constant ; ainsi, on peut écrire :

B. Caractéristique électromécanique de vitesse-courant (Ω (I))

La tension et flux constants ; ainsi, on peut écrire :

C. Caractéristique mécanique du couple-vitesse (Cm (Ω))

La caractéristique mécanique est une droite descendante presque parallèle à l’axe des couples.

III.15.2 Cas du moteur série :

Dans le cas d’un moteur série, le bobinage inducteur est connecté en série avec le bobinage induit, d’où son nom. L’inversion du sens de rotation est obtenue par inversion des polarités de l’induit ou de l’inducteur. Les deux bobinages induit et inducteur sont parcourus par le même courant.

A. Caractéristique électromécanique du couple-courant (Cm (I))
B. Caractéristique électromécanique de vitesse-courant (Ω (I))
C. Caractéristique mécanique du couple-vitesse (Cm (Ω))

Remarque :

  • Ne jamais faire fonctionner le moteur série à vide, car si I = 0 A, alors Ω tend vers l’infini. Toujours mettre le moteur en charge mécanique, car si Cm est faible, alors Ω tend vers l’infini.
  • Le choix du type de moteur à utiliser dépend d’une manière directe de la caractéristique de la charge entraînée.

III.16 Caractéristiques mécaniques des charges entrainées

La caractéristique mécanique de la charge entrainée est souvent compliquée. En pratique, le couple charge ou résistant imposé au moteur dépend de la nature de la charge et de la vitesse. On se réfère habituellement à l’un ou l’autre des 4 modes de fonctionnement suivants :

III.16.1 Fonctionnement à couple constant (Caractéristiques constantes)

Ce fonctionnement se traduit par un couple de charges indépendant de la vitesse de rotation, ce qui impose une puissance proportionnelle à la vitesse. Ce mode est applicable aux engins de levage (ascenseurs, grues…). Où, Cr = k et P = Cr.Ω, et P = kΩ.

III.16.2 Fonctionnement à puissance constante (Caractéristiques hyperboliques)

Dans ce fonctionnement, c’est la puissance qui est indépendante de la vitesse (à puissance constante, P = k), alors que le couple est inversement proportionnel à la vitesse (Cr = P/Ω = k/Ω) avec une caractéristique hyperbolique. On cite comme exemple : dérouleuses de papier, bobineuses, etc.

III.16.3 Fonctionnement à couple proportionnel à Ω (Caractéristiques linéaires)

C’est un entrainement lent, qui se traduit par une proportionnalité du couple de charge à la vitesse de rotation (Cr = k.Ω, P = k.Ω2). Comme application, on cite les machines de tissage…

III.16.4 Fonctionnement à couple proportionnel au carré de la vitesse (Caractéristiques paraboliques)

C’est un entrainement rapide, où nous avons une proportionnalité du couple de charge au carré de la vitesse de rotation (Cr = k.Ω2, P = k.Ω3). Le cas des ventilateurs, des pompes…

réglage de la vitesse

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