Différents types de machines à courant continu

Machine shunt ou à excitation dérivée

Le moteur shunt est composé d'un enroulement d'excitation situé au stator et d'un enroulement d'armature situé au rotor. Les deux enroulements sont connectés en parallèle et sont donc parcourus par des courants d'amplitudes fort différentes.

Enroulements d'armature et d'excitation

Enroulements d'armature, d'excitation et de commutation

Machine série

Le moteur série se compose d'un enroulement d'armature situé au rotor de la machine ainsi que d'un enroulement d'excitation situé au stator. La différence par rapport au moteur shunt est que ces enroulements sont connectés en série et sont donc parcourus par le même courant. Les spires d'excitation sont donc, comme celles de l'induit réalisées à partir de fils de gros diamètre.

Machine Compound ou à excitation composée

Le moteur compound est constitué des mêmes enroulements que le moteur shunt mais il y a un enroulement supplémentaire au niveau du stator. Il est donc situé au même endroit que l'enroulement d'excitation mais il est parcouru par le courant d'armature.

Le flux présent dans l'entrefer résulte donc du flux produit par l'excitation (flux e) et de celui produit par l'enroulement supplémentaire (flux a). Si les flux sont dans le même sens, nous dirons que le montage effectué est concordant, sinon il est discordant. Néanmoins, en regardant la machine et ses bornes, il est impossible de prévoir si le montage effectué est concordant ou discordant. En effet, nous ne savons pas comment sont bobinés les enroulements à l'intérieur de la machine. Nous ne pourrons le savoir qu'après l'étude des caractéristiques de la machine, qui diffèrent d'un montage à l'autre. Comment?

Prenons le cas du moteur discordant. Le flux total

flux total = flux e - flux a

présent dans l'entrefer est donc réduit par rapport au cas du moteur shunt où seul flux e est présent. Le moteur va donc tourner plus vite. Pourquoi?

Soit l'équation du moteur à courant continu

Val = e + ra ia = K flux w + ra ia = constante.

Si le flux diminue, comme la constante de temps mécanique est beaucoup plus importante que la constante électrique, la vitesse va, dans un premier temps, rester constante. C'est donc ia qui va augmenter, et beaucoup plus que le flux ne diminue car K w est beaucoup plus grand que ra. Le couple moteur Cm = K flux ia va aussi augmenter. Le moteur va donc accélérer et se stabiliser à un nouveau point d'équilibre, à une vitesse supérieure.

Pour le moteur concordant, le flux total

flux total = flux e + flux a

est augmenté. C'est donc l'inverse qui se passe: la vitesse du moteur est inférieure à celle du moteur shunt.

L'intérêt du moteur compound concordant est d'améliorer la stabilité du moteur shunt, qui peut ne pas être stable (dépend de sa construction). Malheureusement, la pente étant plus faible, une vitesse constante pour tout couple moteur n'est plus aussi bien assurée.

Machine compensée

Cette machine possède un enroulement en série avec l'enroulement d'armature mais situé dans des encoches de la face intérieur des pôles.
Le but de ces enroulements est de compenser la réaction d'induit sous le pôle et non au niveau des balais.

Le schéma ci dessous montre les ligne de flux dans le moteur lorsque l'on considère le flux créé par l'ensemble des enroulements. La fmm (qres= fmm créée par l'induit, la commutation et la compensation) est donc quasi nulle tout au long de l'entrefer. Il ne reste donc, dans l'entrefer que la fmm créée par l'excitation.

Les fils utilisés pour ces enroulements doivent donc être de grosse section comme le montre la figure ci dessous.