Sciences de l'ingénieur · Terminale · Chaîne de puissance
Le moteur à courant continu
Le courant fait le couple.
En bref
Le moteur à courant continu convertit l’énergie électrique en énergie mécanique.
Le moteur à courant continu convertit l’énergie électrique en énergie mécanique. Son modèle tient en trois équations, et elles suffisent pour prévoir sa vitesse, son couple et son rendement.
Le modèle électrique et électromécanique
| Équation | Ce qu’elle dit |
|---|---|
| U = E + R × I | La tension d’alimentation se partage entre la force contre-électromotrice E et la chute dans la résistance de l’induit |
| E = k × Ω | La force contre-électromotrice est proportionnelle à la vitesse |
| C_em = k × I | Le couple électromagnétique est proportionnel au courant |
k est la constante de couple (en N·m/A, égale à la constante de vitesse en V·s/rad). En régime permanent, on néglige l’inductance du bobinage.
Retiens la paire : le courant fait le couple, la tension fait la vitesse. Pour aller plus vite, on monte la tension ; pour forcer davantage, le moteur appelle plus de courant.
Le bilan des puissances
| Puissance | Expression |
|---|---|
| Absorbée | P_abs = U × I |
| Pertes Joule | P_J = R × I² |
| Électromagnétique | P_em = E × I = C_em × Ω |
| Utile | P_u = P_em − pertes mécaniques |
| Rendement | η = P_u / P_abs |
Ce qui se passe au démarrage
À l’arrêt, Ω = 0 donc E = 0 : le courant vaut I = U / R, souvent dix fois le courant nominal. Le couple de démarrage est très fort — utile — mais le courant peut abîmer le bobinage ou l’alimentation. On limite donc le courant au démarrage, par exemple en montant la tension progressivement avec un hacheur.
Réversibilité
La même machine fonctionne en génératrice : entraînée mécaniquement, elle produit une tension E = k × Ω. C’est ce qui permet le freinage récupératif.
La méthode
- Identifier k et R (données constructeur ou essais).
- Du couple demandé, déduire le courant : I = C / k.
- De la tension, déduire E = U − R × I.
- En déduire la vitesse : Ω = E / k.
- Faire le bilan des puissances.
Exemple travaillé
Un moteur a R = 1 Ω et k = 0,05 N·m/A. Alimenté sous 24 V, il fournit un couple électromagnétique de 0,1 N·m.
- I = 0,1 / 0,05 = 2 A.
- E = 24 − 1 × 2 = 22 V.
- Ω = 22 / 0,05 = 440 rad/s, soit environ 4 200 tr/min.
- P_abs = 24 × 2 = 48 W ; P_J = 1 × 4 = 4 W ; P_em = 22 × 2 = 44 W (on vérifie : 0,1 × 440 = 44 W).
- Sans pertes mécaniques, le rendement vaut 44 / 48 ≈ 92 %.
Teste-toi
6 questions pour vérifier
Touche une réponse : la correction s’affiche tout de suite.
1.Dans un moteur à courant continu, le couple électromagnétique est proportionnel…
2.La force contre-électromotrice E est proportionnelle…
3.Quelle équation décrit l’induit en régime permanent ?
4.Pourquoi le courant est-il très élevé au démarrage ?
5.Pour augmenter la vitesse d’un moteur à courant continu, on augmente…
6.Les pertes Joule dans l’induit valent…
0 / 6 questions
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La fiche de révision, sur une page
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