Contrôle d’un moteur CC
Un moteur à courant continu est une machine électrique de type convertisseur électromécanique.
En fonctionnement « moteur », il réalise la conversion d’énergie électrique en énergie mécanique.
Modèle électrique
Un moteur à courant continu peut être modélisé par le circuit équivalent suivant :
Nous nous intéresserons à quatre grandeurs caractéristiques du moteur directement mesurables :
- L’intensité \(\color{blue}{I}\) du courant du moteur ;
- La tension \(\color{red}{U}\) aux bornes du moteur ;
- La vitesse de rotation \(\color{blue}{\omega}\) du moteur exprimée en rad.s-1 ;
- Le couple \(\color{red}{C}\) appliqué à l’arbre du moteur exprimé en Nm.
L’étude du moteur sera limitée au régime permanent caractérisé par une vitesse constante résultant de l’équilibre du couple moteur et du couple résistant provoqué par la charge entraînée.
Des mesures montrent qu’il existe une relation entre les grandeurs électrique \(\color{red}{U}\) et \(\color{blue}{I}\) :
\(\bbox[10px,border:2px solid black]{\Large{
\color{red}{U}=\color{red}{E}+R\cdot \color{blue}{I}
}}\)
La tension \(\color{red}{E}\) (appelée force contre-électromotrice _ fcem) est proportionnelle à la vitesse angulaire \(\color{blue}{\omega}\) :
\(\bbox[10px,border:2px solid black]{\large{
\color{red}{E}=K_E\cdot\color{blue}{\omega}
}}\)
et le courant consommé par le moteur est directement lié au couple résistant sur l’arbre :
\(\bbox[10px,border:2px solid black]{\large{
\color{red}{C}=K_C\cdot\color{blue}{I}
}}\)
Ces 2 constantes caractérisent le moteur :
- Pour faire varier la fréquence de rotation, il faut faire varier \(\color{red}{E}\) et donc la tension d’alimentation \(\color{red}{U}\).
- Pour inverser le sens de rotation, il faut inverser \(\color{red}{E}\) et donc la tension d’alimentation à ses bornes.
- Le courant varie avec le couple, on peut aussi limiter le courant pour limiter le couple.
Contrôle d’un moteur
Sens de rotation
| Arrêt (moteur libre) | Sens + | Sens – | Arrêt (moteur freiné) |
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Tension d’alimentation
La tension d’alimentation du moteur doit pouvoir être variable, car la finalité est le plus souvent de réaliser un contrôle précis, soit de sa vitesse, soit de sa position angulaire.
Les microcontrôleurs ne fournissant ni de puissance élevée, ni de tensions analogiques, il faut utiliser un circuit comportant des transistors, et donner au moteur l’impression d’une tension continue. On utilise pour cela un circuit appelé hacheur, chargé de faire varier la tension moyenne à ses bornes.
On parle alors de Modulation par Largeur d’Impulsions (MLI), ou Pulse-Width Modulation (PWM).
Exemples de montage
