Moteurs à courant continu

Moteurs à courant continu, équipements d’entraînement, allant des petits jouets et des outils électriques rechargeables, aux véhicules électriques. Ces machines électromécaniques se composent d’une bobine conductrice interne, appelée armature, et d’un aimant externe, appelé stator. Une source CC fournit du courant à l’induit par le biais d’une glissière de collecteur. Induisant une force électromagnétique et permettant la rotation de la boucle. L’amplitude de la force électromagnétique dépend de l’angle entre le champ magnétique et la bobine, créant des fluctuations de couple avec la rotation. Plusieurs enroulements, espacés autour de l’armature, minimisent les fluctuations de couple et empêchent la forme du collecteur de court-circuiter l’alimentation. Le glissement du collecteur change périodiquement la direction du courant à travers la bobine, empêchant ainsi l’alignement des champs magnétiques. Cette vidéo présente les configurations de moteurs à courant continu et démontre la mesure des caractéristiques de performance des moteurs à courant continu, telles que la vitesse, le courant et la tension avec une charge variable.

Les statères à aimant permanent, dans les machines à courant continu, sont les plus courantes, cependant, lorsque le champ magnétique des statères est produit par des enroulements de conducteur, les caractéristiques de performance, telles que la vitesse et le couple de sortie, peuvent être modifiées par la conception du champ électrique. Par exemple, la vitesse est liée à la tension développée par le moteur, appelée force électromoteur, ou CEM. De même, le couple est proportionnel au courant. Ces caractéristiques varient en fonction de la conception du moteur et influencent la conception du moteur sélectionné pour certaines applications. Les quatre configurations électroniques de base des machines à courant continu sont excitées séparément, shunt, série et composée. Les moteurs à excitation séparée utilisent des alimentations distinctes pour le champ et l’induit, ce qui permet un contrôle indépendant pour supporter des charges variables. Dans la conception shunt, la configuration la plus courante, les enroulements de champ sont connectés parallèlement à la charge d’induit, avec une alimentation CC commune. Cela permet une vitesse réglable avec une charge variable, ce qui est utile dans les machines-outils et les pompes centrifuges. En configuration série, une alimentation CC alimente le champ et l’induit en série. Cela permet d’obtenir un couple de démarrage plus élevé pour surmonter les charges internes dans les équipements, tels que les trains, les ascenseurs ou les treuils. Les moteurs composés utilisent à la fois des circuits shunt et en série pour un couple de démarrage élevé et une régulation de vitesse. Le champ de shunt peut être chargé avant ou après le champ de série. Maintenant que les configurations des moteurs à courant continu ont été décrites, l’analyse des relations de courant, de tension et de charge dans les moteurs à courant continu shunt sera démontrée.

Les données collectées lors des tests DC peuvent être utilisées pour construire des modèles de circuits équivalents si nécessaire. Avant de mesurer les caractéristiques électriques du moteur à courant continu, réglez l’alimentation CC de faible puissance sur 0,8 ampères et connectez les bornes d’alimentation à l’induit de la machine. Ensuite, enregistrez la tension et le courant d’alimentation. Ensuite, utilisez un multimètre pour mesurer la tension et le courant aux bornes de l’induit, en enroulant le champ de dérivation et le champ en série. Utilisez les données pour estimer la résistance de chaque composant. Après avoir mesuré les caractéristiques de base du générateur de moteur à courant continu, réglez le rhéostat de champ intégré aux paramètres maximum et mesurez sa résistance. Enfin, réglez le rhéostat de champ en série externe à sa limite supérieure et mesurez sa résistance.

Après les tests du moteur à courant continu, une machine synchrone est utilisée pour faire tourner l’armature de la machine à courant continu. Ainsi, la machine à courant continu fonctionne comme un générateur, sans excitation de champ, puis sans charge. Dans ces conditions, la tension aux bornes est égale à la force électrométrique. La vitesse de rotation du générateur est mesurée et utilisée pour calculer le magnétisme conservé par l’induit en l’absence d’excitation de la bobine, appelée magnétisme résiduel. Tout d’abord, vérifiez que le sectionneur triphasé, le moteur synchrone et le moteur à courant continu sont tous éteints. Ensuite, fixez un petit morceau de ruban adhésif au rotor externe du moteur à courant continu. Après avoir vérifié que le variac est réglé à zéro pour cent, câblez le variac à la sortie triphasée. Ensuite, connectez la configuration comme indiqué. Vérifiez ensuite que l’interrupteur de démarrage est en position de départ. Après les réglages du variac, vérifiez que toutes les connexions sont dégagées des bornes d’alimentation. Ce n’est qu’alors qu’il faut allumer le sectionneur triphasé. Ensuite, allumez l’alimentation CC haute tension, appuyez sur le bouton d’affichage VI pour afficher le courant final de fonctionnement et réglez le bouton de tension sur 125 volts. N’appuyez pas sur le bouton de démarrage avant d’avoir réglé le bouton de tension. Appuyez sur le bouton de démarrage du panneau d’alimentation CC et allumez l’équipement. Ensuite, augmentez lentement la sortie variac jusqu’à ce que la tension aux bornes indique 120 volts. Lorsque le moteur synchrone atteint une vitesse de rotation stable, basculez l’interrupteur de démarrage pour fonctionner. Faites attention aux changements de bruit de la machine. Le son de la machine devient monotone à l’état stable. Utilisez la lumière stroboscopique pour figer le mouvement du moteur en synchronisant la vitesse du stroboscope avec la vitesse de rotation du moteur. Le ruban adhésif fixé au rotor apparaîtra immobile lorsque la lumière stroboscopique sera synchronisée. Vérifiez que ce taux correspond à la vitesse du moteur en augmentant lentement le taux stroboscopique pour synchroniser le ventilateur au taux le plus élevé suivant. Si c’est le cas, ce sera le double du premier taux de synchronisation stroboscopique observé. Cette séquence de démarrage sera répétée avant chaque essai ultérieur. Après le démarrage, enregistrez la vitesse de rotation du moteur et la tension de l’induit. Utilisez ensuite ces données pour calculer l’intensité du champ magnétique résiduel.

Les machines à courant continu sont utilisées dans une variété d’applications. Une fois que les paramètres de fonctionnement des différentes machines sont caractérisés, ils peuvent être choisis en fonction des spécifications de conception d’un appareil particulier. Le générateur CC peut être caractérisé dans diverses configurations, telles que la configuration shunt. Avec l’interrupteur S1 ouvert, pour un test sans charge, les résistances de charge de fin de champ sont réglées au maximum. Ensuite, la vitesse de l’arbre et la tension aux bornes sont enregistrées comme décrit précédemment. La résistance de dérivation est réduite en cinq étapes jusqu’à ce que la résistance minimale soit atteinte. Et la tension et le courant aux bornes de la résistance shunt mesurés. Le moteur peut être mesuré avec des charges simulées à l’aide de résistances de charge, selon le même protocole. Chaque type de générateur à courant continu a sa propre sortie de courant de tension. Les générateurs shunt peuvent fournir une tension pour une large gamme de charge de courant, tandis que les générateurs en série fournissent une tension croissante avec la charge de courant. Dans une variété d’applications, où une source d’alimentation sans fil est préférée, comme les prothèses motorisées, les moteurs à courant continu sont l’actionneur de choix. Dans les prothèses de membre inférieur contrôlées par neur, des capteurs de surface ou transdermiques sont utilisés pour envoyer des signaux aux articulations motorisées du membre de remplacement, tout comme dans une jambe intacte. La flection de la porte et du pied est contrôlée de manière plus naturelle et intuitive qu’il ne serait possible de le faire avec un remplacement de membre rigide.

Vous venez de regarder l’introduction de Jupiter aux moteurs à courant continu. Vous devez maintenant comprendre le fonctionnement d’un moteur à courant continu et comment caractériser ses paramètres. Merci d’avoir regardé.