Formule de vitesse du moteur à courant continu
Tout d'abord, présentons la formule de la vitesse d'un moteur à courant continu :
n=(U-IR)/KΦ
Où « n » est la vitesse du moteur (tr/min), « U » est la tension d'induit, « I » est le courant d'induit, « R » est la résistance du circuit d'induit, « Φ » est le flux d'excitation, « k » est la constante de force électromotrice induite. On constate que la vitesse de rotation du moteur à courant continu est liée à U, R et Φ. Nous pouvons donc modifier sa vitesse de rotation en ajustant ces variables.
- Modifier la tension d'alimentation (U)
- Modifier la résistance du circuit (R)
- Modifier le flux magnétique (Φ)
Méthode 1 : Modifier la tension d'alimentation (U)
La modification de la tension sert principalement à réduire la tension de l'induit par rapport à la tension nominale et à réduire la vitesse par rapport à la vitesse nominale du moteur. Il s'agit d'une méthode de régulation de la vitesse à couple constant. Cette méthode est la meilleure pour les systèmes qui nécessitent une régulation de vitesse continue et fluide dans une certaine plage. La constante de temps rencontrée dans la modification du courant d'induit est faible et peut réagir rapidement, mais elle nécessite une alimentation CC réglable de grande capacité.
Caractéristiques :
- Large plage de régulation de vitesse, appelée régulation de vitesse en continu.
- Il n'y a pas de perte d'énergie supplémentaire, et la dureté des propriétés mécaniques reste inchangée après la réduction de la tension, et la stabilité est bonne.
- La vitesse ne peut être réglée que vers le bas, et non vers le haut.
- L'équipement requis est plus complexe et le coût est plus élevé.
Méthode 2 : Modifier la résistance du circuit (R)
La méthode de régulation de la vitesse consistant à connecter des résistances en série à l'extérieur du circuit d'induit du moteur nécessite un équipement simple et offre un fonctionnement pratique. Cependant, elle ne permet qu'une régulation de vitesse par paliers, la régulation de vitesse est peu fluide et les caractéristiques mécaniques sont faibles ; la résistance de régulation de vitesse consomme une grande quantité d'énergie électrique. La régulation de vitesse par variation de résistance présente de nombreux inconvénients et est rarement utilisée à l'heure actuelle.
Caractéristiques :
- L'équipement requis est relativement simple et peu coûteux, et il est largement utilisé dans les moteurs à courant continu de faible puissance.
- La vitesse ne peut être réglée que vers le bas, ce qui correspond à une régulation de vitesse par paliers, et la courbe caractéristique est douce.
- La résistance de régulation de vitesse entraîne une perte d'énergie importante et les performances économiques sont médiocres.
Schéma schématique :
Dans le circuit d'un moteur à courant continu, nous pouvons obtenir différentes vitesses en connectant différentes résistances en série. Son schéma de circuit se compose de trois parties : le circuit redresseur, le circuit principal et le circuit de commande. L'alimentation électrique du circuit principal est de 220 volts CA, et la puissance d'accès du circuit de commande est de 380 volts. En outre, le circuit comporte trois composants électriques, dont deux relais intermédiaires KM1 et KM2.
Mode basse vitesse :
L'alimentation électrique est de 220 volts CA, qui est convertie en 127 volts CA par un transformateur, puis convertie en 110 volts CC par un circuit redresseur. Trois boutons poussoirs commandent trois vitesses. Lorsque SB2 est enfoncé, le contacteur KM1 est autobloqué. À ce moment, le moteur est connecté à deux résistances R1R2 en série, ce qui correspond à la vitesse la plus basse.
Mode vitesse moyenne :
Si vous souhaitez augmenter la vitesse, vous pouvez appuyer sur le bouton SB3, puis le relais KA1 se verrouillera. Dans le même temps, son point normalement ouvert sera fermé, et le courant contournera R2 et se connectera directement au moteur pour permettre l'accélération.
Mode haute vitesse :
Pour passer en mode haute vitesse, appuyez sur le bouton SB4. À ce moment-là, KA2 se verrouille automatiquement. Simultanément, son point normalement fermé s'ouvre pour mettre KA1 hors tension, et le point normalement ouvert se ferme pour contourner directement la résistance R1.
Méthode 3 : Modifier le flux magnétique (Φ)
La modification du flux magnétique permet d'obtenir une régulation de vitesse progressive et fluide, mais elle ne peut qu'affaiblir le flux magnétique et ajuster la vitesse à la hausse à partir de la vitesse nominale du moteur, ce qui correspond à une méthode de régulation de vitesse à puissance constante. La constante de temps rencontrée lorsque le courant d'induit change est beaucoup plus importante et la vitesse de réponse est plus lente. Mais la capacité d'alimentation électrique requise est faible.
Caractéristiques
- La régulation de vitesse s'effectue dans le circuit d'excitation, la perte d'énergie est faible et le contrôle est pratique.
- Régulation de vitesse continue et fluide, mais la vitesse ne peut être ajustée qu'à la hausse à partir de la vitesse nominale, ce qui est souvent utilisé comme régulation de vitesse auxiliaire.
- La plage de réglage de la vitesse est étroite, et lorsque ф diminue trop, il est difficile de changer de direction et l'étincelle est importante.
Régler la vitesse d'un moteur DC par PWM, tension ou champ
La méthode doit correspondre au type de moteur et à la charge. Le PWM modifie efficacement la tension moyenne d’induit, une source variable offre un réglage direct mais peut dissiper davantage en mode linéaire, et la commande de champ ne vaut que pour les machines bobinées ; un retour améliore la régulation sous charge variable.
- Caractériser le moteur : relever tension, vitesse à vide, courant bloqué, résistance, inertie, couple et température.
- Choisir la puissance : employer pont ou interrupteur dimensionné avec commande, roue libre, mesure de courant et temps mort.
- Régler le PWM : équilibrer bruit audible, pertes, ondulation du courant, résolution et émissions.
- Ajouter le retour : mesurer codeur, Hall ou force contre-électromotrice et borner courant et vitesse.
- Tester sûrement : protéger les pièces tournantes, limiter le courant, gérer la régénération et vérifier blocage, inversion, démarrage et chaleur.
