Moteur à courant continu: définition (1) - Cours d'Electricité avec Maxicours

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Moteur à courant continu: définition (1)

1. Introduction

Il arrive parfois que le hasard nous permette de faire d'une pierre, deux coups. Prenez par exemple le cas des automobiles électriques ; le véhicule doit être autonome. L'autonomie du véhicule veut dire qu'il doit pouvoir fonctionner sans être relié à sa source d'énergie par un fil qui limiterait énormément la distance qu'on pourrait parcourir. Cela oblige donc à utiliser des séries de batterie électriques, montées sur le véhicule, afin de l'alimenter en courant continu.
Le véhicule doit également posséder une bonne flexibilité en ce qui a trait au contrôle de sa vitesse (on doit pouvoir faire varier rapidement la vitesse du véhicule pour répondre aux exigences de la route). La solution pour obtenir le résultat désiré consiste à employer un moteur à courant continu.
Ce type de moteur correspond parfaitement au type de courant disponible. La limitation sur le plan de la source d'énergie constitue donc en elle-même une solution lorsqu'on parle du contrôle de la vitesse du véhicule.

Cette étude traite des divers types de moteur à courant continu, tel le moteur :

  • à excitation série ;
  • à excitation séparée ;
  • compound ;
  • à aimants permanents.

Vous verrez le fonctionnement de chacun de ces moteurs ainsi que le démarrage et le réglage de la vitesse.

2. Le moteur série
a. Branchement d'un moteur série
Le moteur série, comme son nom l'indique, signifie que le bobinage de l'inducteur est branché en série avec l'induit. La figure suivante montre le branchement d'un moteur série :

Il serait impossible, en raison de la rotation de l'induit, de brancher des fils directement sur celui-ci.

La façon de permettre le passage du courant consiste à employer des balais fabriqués à partir d'un type de charbon doux qu'on appelle graphite.

  • Ce matériau possède deux propriétés très importantes ;
  • sa conductivité électrique, qui permet le passage du courant ; son usure plus facile que celle du collecteur avec lequel il est en contact, ce qui évite d'endommager le collecteur.

La figure suivante présente le passage du courant entre le balai et le collecteur.

Conduction d'un balai :

Vous avez vu précédemment, que le collecteur et l'induit étaient interconnectés pour permettre le passage du courant. Le courant passe donc de l'inducteur au balai, prend par la suite le chemin du collecteur et se rend finalement jusqu'à l'induit.
b. Variation de la vitesse

c. Avantages et inconvénients du moteur série

Le principal avantage de ce type de moteur est qu'il possède un fort couple de démarrage, ce qui lui permet d'entraîner une bonne charge dès le départ. Il peut également supporter facilement des surcharges temporaires.

En ce qui a trait aux inconvénients, on peut souligner le fait que la vitesse du moteur série varie avec la charge. Ainsi, une augmentation de celle-ci aura tendance à faire diminuer la vitesse de rotation du moteur.
D'autre part, ce type de moteur ne doit jamais tourner sans charge, car cela entraîne une dangereuse augmentation de sa vitesse qui, à la limite, pourrait le détruire.

Il est possible de modifier la vitesse d'un moteur série en ajoutant une résistance variable. On peut remarquer qu'une résistance placée en série avec l'inducteur et l'induit aura tendance à réduire la vitesse du moteur, tandis que lorsqu'on place cette même résistance en parallèle, on obtient l'effet contraire.
Il est également possible de faire varier la vitesse en modifiant la tension de la source en utilisant par exemple un convertisseur électronique.

d. Exemples d'utilisation
Le fort couple au démarrage et l'accélération rapide de ces moteurs les rend populaires pour les engins de levage comme les cabestans, les grues et les ponts roulants.
On les utilise également dans des véhicules électriques comme des locomotives ou des voitures de métro, et en général pour la traction électrique.
3. Moteur à excitation séparée
a. branchement d'un moteur à excitation séparée

Le moteur à excitation séparée est appelé ainsi parce que l'inducteur et l'induit sont indépendant et peuvent être alimentés par des sources séparées : par exemple alimentation variable par dispositif électronique pour l'induit et alimentation fixe pour l'inducteur.

Lorsque c'est la même source qui alimente l'induit et l'inducteur, le montage est appelé montage dérivation, parallèle ou shunt. La figure suivante présente le branchement d'un montage dérivation.

Moteur dérivation (shunt) :

Comme pour le moteur série, le passage du courant jusqu'à l'induit se fait grâce aux balais et au collecteur.
b. Avantage et inconvénient d'un moteur à excitation séparée montée en dérivation

Un avantage du moteur dérivation est que sa vitesse varie très peu avec les fluctuations de la charge.
Cette caractéristique le rend très utile lorsqu'on désire une certaine stabilité dans la vitesse.
Il possède par contre l'inconvénient de ne pouvoir supporter une forte charge lors du démarrage, en raison de son faible couple.


Le bobinage de l'inducteur d'un moteur à excitation séparée est différent de celui d'un moteur série. Le moteur à excitation séparée possède un enroulement conçu de plusieurs tours de fil fin, créant ainsi une grande résistance. Quant aux bobines du moteur série, elles sont constituées de quelques tours de fil, outre que le conducteur a un gros diamètre, ce qui se traduit par une petite résistance.

c. Variation de la vitesse
On peut faire varier la vitesse du moteur pour l'ajuster selon les besoins. La figure suivante présente les principales méthodes utilisées pour obtenir une variation de la vitesse du moteur dérivation.

Comme pour le moteur série, il est possible de faire varier la vitesse du moteur en modifiant la valeur de la tension à la source.
Cependant, comme les sources variables à courant continu ne sont pas toujours disponibles, vous devrez alors placer une résistance variable (rhéostat) en série avec le bobinage de l'inducteur.
Une augmentation de la valeur de cette résistance aura pour effet de réduire le courant, diminuant ainsi le champ magnétique qui entraîne le moteur.
Les variateurs électroniques fournissent les sources variables à courant continu pour l'induit et fixe pour l'inducteur. Ils sont en outre équipés des protections nécessaires et peuvent assurer un contrôle du couple, de l'intensité et de la vitesse du moteur.

d. Exemples d'utilisation

Les moteurs à excitation séparée sont utilisés en traction, sur les machines-outils et partout où les systèmes nécessitent des vitesses contrôlées.

Associés aux variateurs électroniques, ils permettent d'obtenir différentes vitesses d'approche, de réglage ou de retour rapide sur les machines, de mettre en marche ou ralentir progressivement ou de maintenir constante une vitesse malgré les variations de charge.

4. Le moteur composé (compound)
a. branchement du moteur composé

Le moteur composé est un mélange entre le moteur à excitation série et le moteur à excitation shunt. Ce type de moteur comprend deux inducteurs, un bobinage série et un bobinage à shunt. La figure suivante montre le branchement de ces deux inducteurs.

Moteur composé (compound) :

On peut remarquer qu'il existe deux types de moteurs composés :

  • à courte dérivation, qui possède un enroulement série monté en série avec l'enroulement monte en dérivation et l'induit ;
  • à longue dérivation, qui a l'enroulement shunt monté en parallèle avec l'enroulement série et l'induit.

Chacun de ces moteurs peut être monté de façon cumulative lorsque les champs s'additionnent, ou de façon différentielle lorsqu'ils sont en opposition.

b. Avantages et inconvénients du moteur composé
Le moteur composé cumulatif possède, tout comme le moteur série, un fort couple lors du démarrage. Il a aussi comme avantage la possibilité de tourner à vide sans risque de s'emballer.

L'inconvénient de ce moteur est que sa vitesse a tendance à diminuer lorsqu'on augmente la charge. On peut cependant résoudre ce problème en plaçant un volant d'inertie
, afin de compenser lors d'une augmentation momentanée de la charge.

Volant d'inertie :

Le volant d'inertie ne se place pas nécessairement directement sur l'arbre de sortie du moteur. On le met plutôt au niveau de l'équipement qu'on entraîne, tels des compresseurs ou encore des presses mécaniques.
Le principal avantage du moteur composé différentiel réside dans la stabilité de sa vitesse lors des variations de la charge. Par contre, ce type de moteur possède un faible couple lors du démarrage.
Il est possible de réunir les avantages des moteurs cumulatif et différentiel en raccordant l'enroulement cumulatif lors du démarrage pour ensuite transférer à l'enroulement différentiel lorsque la vitesse normale est atteinte.

c. Exemple d'utilisation

L'utilisation des moteurs composés cumulatifs est répandue pour les appareils de levage, les pompes, les presses et les cisailles.

Les moteurs composés différentiels, pour leur part, sont peu employés dans l'industrie. On remarque toutefois quelques utilisations, comme dans les métiers à tisser.

Mais avec les possibilités offertes par la variation de vitesse électronique, ces moteurs sont de moins en moins utilisés.

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