Contrôle de la vitesse du moteur à courant continu - Méthodes de contrôle de tension, rhéostatique et de flux

Méthodes de contrôle de la vitesse d'un moteur à courant continu - Contrôle de la tension, de la rhéostatique et du flux des moteurs à courant continu série et shunt

Un moteur à courant continu est utilisé pour convertir la puissance électrique en courant continu (CC) en puissance mécanique en fonction des forces produites par le(s) champ(s) magnétique(s). La sortie du moteur est la puissance mécanique en termes de rotation (vitesse) de l'arbre.

Selon les applications, nous devons changer la vitesse du moteur. Ainsi, le changement délibéré de vitesse est connu sous le nom de contrôle de la vitesse du moteur.

Le terme contrôle de vitesse est différent de la régulation de vitesse. La régulation de vitesse signifie que, pour maintenir une vitesse d'arbre constante contre le changement de charge.

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Équation EMF d'un moteur à courant continu

l'équation EMF d'un moteur à courant continu est donnée ci-dessous :

Eb =PΦNZ / 60A

Où ;

• P =Nombre de pôles
• Ф =Flux par pôle
• N =Vitesse du moteur (RPM)
• Z =Nombre de conducteurs
• A =Nombre de chemins parallèles

Une fois le moteur conçu, le nombre de pôles (P), le nombre de conducteurs (Z) et le nombre de chemins parallèles (A) ne peuvent pas changer. Ce sont donc des quantités fixes.

Eb ∝ ΦN

Eb =kΦN

Où k =Constante de proportionnalité

Pour le moteur à courant continu, la FEM est également définie comme ;

E_b =V – I_a R_a

Où ;

• V =tension d'alimentation
• Je_un =Courant d'induit
• R_a =Résistance d'induit

Comparez maintenant les deux équations ;

kΦN =V – I_a R_a

k =N =V – I_a R_a / kΦ

D'après l'équation ci-dessus, la vitesse du moteur dépend de la tension d'alimentation (V), du flux (Φ) et de la résistance d'induit (R_a ).

Par conséquent, la vitesse d'un moteur à courant continu peut être variée, modifiée et contrôlée en changeant ;

• Tension terminale "V" (AKA Applied Voltage Control Method ).
• Résistance externe avec résistance d'induit R_a (AKA Méthode de contrôle rhéostatique ).
• Flux par pôle Φ (AKA Méthode de contrôle de flux ).

Ici, la tension aux bornes et la résistance d'induit sont associées au circuit d'induit et le flux par pôle est associé au circuit de champ.

Ainsi, les méthodes de contrôle de la vitesse d'un moteur à courant continu sont classées comme ;

• Méthode de contrôle d'induit
• Méthode de contrôle sur le terrain

Nous expliquons maintenant comment mettre en œuvre ces méthodes pour les moteurs série, shunt et composés à courant continu.

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Contrôle de la vitesse du moteur série CC

Le contrôle de la vitesse du moteur de la série CC est effectué par les méthodes de contrôle de l'induit et de contrôle du champ.

Méthode de contrôle de la résistance d'induit pour moteur série CC

Dans cette méthode, une résistance variable ou un rhéostat connecté en série avec une résistance d'induit. Le schéma de circuit de cette méthode est illustré dans la figure ci-dessous.

Fig-1

Dans un moteur en série, l'enroulement d'induit est connecté en série avec l'enroulement de champ. Par conséquent, le courant d'induit et le courant de champ sont identiques.

En faisant varier la résistance d'induit, le courant et la tension d'induit varient. Si la valeur de la résistance externe augmente, la tension aux bornes de l'induit et le courant provenant de l'enroulement d'induit sont réduits. Et la vitesse sera diminuée.

Par cette méthode, la vitesse du moteur ne diminue à partir du niveau de vitesse que lorsque la résistance externe n'est pas connectée. La vitesse d'un moteur ne peut pas augmenter à partir de ce niveau.

Ici, la résistance externe est connectée en série avec l'armature. Par conséquent, le courant à pleine charge circulera à travers la résistance externe. Ainsi, il est conçu pour transporter le courant à pleine charge en continu.

La caractéristique vitesse-courant est comme indiqué dans la figure ci-dessous.

Fig-2

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Méthode de contrôle de la tension d'induit pour moteur série CC

Dans cette méthode, la vitesse est contrôlée en faisant varier la tension d'induit (tension d'alimentation). Une source de tension variable séparée est requise dans cette méthode.

La vitesse d'un moteur est proportionnelle à la tension d'alimentation. Ainsi, si la tension augmente, la vitesse du moteur augmentera et vice versa.

Généralement, cette méthode n'est pas utilisée. Parce que le coût d'une alimentation variable est très élevé. Par conséquent, cette méthode est rarement utilisée pour le contrôle de la vitesse.

Méthode de contrôle de champ pour moteur série CC

Le courant de champ est proportionnel au flux. Dans cette méthode, la vitesse est contrôlée en contrôlant le courant de champ. Il existe deux manières de contrôler le courant de champ ;

• Contrôle du déviateur de champ
• Taped Filed Control

Contrôle du déviateur classé

Dans cette méthode, l'enroulement de champ en série est connecté en parallèle avec le déviateur. Le déviateur n'est rien d'autre qu'une résistance variable. Certaines parties du courant de champ passeront par le déviateur.

D'après l'équation de vitesse d'un moteur, le flux est inversement proportionnel à la vitesse du moteur. Donc, si le flux diminue, la vitesse augmentera.

Moins la valeur de la résistance du déviateur moins le courant de champ et moins le flux produit à l'intérieur du moteur. Par conséquent, la vitesse du moteur augmente.

Dans cette méthode, la vitesse peut être augmentée par rapport à la vitesse normale. Le schéma de circuit de cette méthode est illustré dans la figure ci-dessous.

Fig-3

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Contrôle de champ appuyé

Il y a des tapotements sur le bobinage de champ pour choisir le nombre de tours dans le bobinage. En choisissant le taraudage, le courant de champ est contrôlé.

Pour un plus grand nombre de tours, le courant de champ est supérieur et la vitesse est inférieure. Pour un nombre de tours moindre, le courant de champ est inférieur et la vitesse si supérieure.

Par conséquent, dans cette méthode, la vitesse peut être contrôlée en choisissant le taraudage approprié fourni sur l'enroulement limé.

Cette méthode est utilisée en traction électrique pour le contrôle de la vitesse de l'entraînement. Le schéma de circuit de cette méthode est illustré dans la figure ci-dessous.

Fig-4

Contrôle de la vitesse du moteur CC shunt

Les méthodes de contrôle de la vitesse pour le moteur DC Shunt sont similaires à celles du moteur de la série DC. Méthodes de contrôle d'induit et de contrôle de champ également applicables au moteur shunt à courant continu.

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Méthode de contrôle de la résistance d'induit pour moteur shunt à courant continu

Dans cette méthode, une résistance externe est ajoutée au circuit d'induit. L'enroulement de champ est directement connecté à l'alimentation. Par conséquent, le courant de champ restera le même. Et aussi, le flux restera le même si la résistance externe varie.

D'après l'équation de la vitesse, le courant d'induit est proportionnel à la vitesse du moteur. Si la valeur de la résistance externe augmente, le courant d'induit diminue. Par conséquent, la vitesse est réduite.

Cette méthode est utilisée pour contrôler la vitesse en dessous de sa valeur normale. La vitesse ne peut pas augmenter plus que la vitesse normale. Le schéma de connexion de cette méthode est illustré dans la figure ci-dessous.

Fig-5

La caractéristique vitesse-courant est comme indiqué dans la figure ci-dessous.

Fig-6

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Méthode de contrôle de champ pour moteur shunt CC

Dans un moteur shunt à courant continu, la résistance variable est connectée en série avec l'enroulement de champ shunt. Le courant de champ peut être modifié par cette résistance variable. Cette résistance variable est également connue sous le nom de régulateur de champ.

Le schéma de connexion de cette méthode est comme indiqué dans la figure ci-dessous.

Fig-7

D'après le schéma de circuit ci-dessus, l'équation du courant de champ shunt est ;

En augmentant la valeur de la résistance, le courant de champ diminue et donc le flux est réduit. D'après l'équation de la vitesse, le flux est inversement proportionnel à la vitesse. Ainsi, la vitesse augmente à mesure que le flux diminue.

Ainsi, cette méthode est applicable pour contrôler la vitesse au-dessus de la vitesse normale. La vitesse ne peut pas descendre en dessous de la vitesse normale dans cette méthode. La caractéristique vitesse-courant de cette méthode est illustrée dans la figure ci-dessous.

Fig-8

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Méthode de contrôle de la tension d'induit pour moteur shunt CC

Dans cette méthode, l'enroulement de champ est alimenté par l'alimentation constante. Mais l'enroulement d'induit est alimenté par une source de courant continu variable distincte.

Cette méthode est également connue sous le nom de méthode Ward-Leonard . Le schéma de connexion de cette méthode est illustré dans la figure ci-dessous.

Fig-9

D'après le schéma ci-dessus, nous contrôlons la vitesse du moteur M1. Ce moteur était alimenté par le générateur G.

L'enroulement de champ shunt est connecté à l'alimentation CC. Le générateur G est entraîné par le moteur M2. Le moteur M2 est un moteur à vitesse constante et alimenté par l'alimentation CC.

Le moteur M1 commence à tourner lorsque la tension de sortie du générateur G est fournie au moteur. La vitesse d'un moteur peut être contrôlée en contrôlant la tension de sortie du générateur G.

Le régulateur de champ est connecté à travers le générateur avec une ligne d'alimentation CC pour contrôler l'excitation de champ.

En contrôlant la tension d'excitation du générateur, la tension de sortie du générateur est contrôlée. Et cette tension contrôlera la vitesse du moteur M1.

Le commutateur RS est un commutateur inversé. Ce commutateur est utilisé pour basculer la borne d'excitation de champ. De ce fait, le courant d'excitation s'inversera et générera la tension opposée.

Ainsi, cette tension opposée inversera la vitesse du moteur M1. Par conséquent, par cette méthode, le moteur peut fonctionner dans les deux sens. Et la vitesse peut être contrôlée des deux côtés du sens de rotation.

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Avantages et inconvénients de la méthode Ward Leonard

Avantages de la méthode Ward Leonard

Les avantages de cette méthode sont résumés ci-dessous ;

• La vitesse d'un moteur peut être contrôlée sur une large plage.
• Le fonctionnement du moteur est très fluide.
• La régulation de la vitesse du moteur est bonne.
• Un moteur peut fonctionner avec une accélération uniforme.
• Il a une capacité de coupure inhérente.
• Facile à inverser le sens de rotation et la vitesse peut être contrôlée dans les deux sens.

Inconvénients de la méthode Ward Leonard

Les inconvénients de cette méthode sont résumés ci-dessous ;

• Il a besoin de deux machines supplémentaires (groupe moteur-générateur) avec la même puissance que le moteur principal. Par conséquent, le coût global de cet arrangement est très élevé.
• Il produit plus de bruit.
• Maintenance fréquente requise.
• Cette disposition nécessite plus d'espace pour l'installation.
• Le rendement global est faible si le moteur fonctionne avec des conditions de faible charge pendant une longue période.

Application de la méthode Ward Leonard

Cette méthode est utilisée lorsque le moteur doit être contrôlé sur une large plage de vitesse. L'application du moteur est très sensible à la vitesse, dans cette condition cette méthode est très utile.

Cette méthode est utilisée dans l'application comme ; grues, excavatrice, ascenseur, treuils miniers, machine à papier, laminoirs d'acier, etc.