Nous avons tous pu constater que le problème principal dans un ROV , c’est la propulsion. Nous allons donc nous intéresser aux méthodes d’évaluation des performances d’un moteur.
Afin de rester simple nous allons nous limiter à l’étude du moteur à courant continu à aimant permanent ( ce qui constitue la majorité des moteurs utilisés en modélisme et robotique amateur )
pour raccourcir nous le désignerons par l’abréviation MCCAP ( si si , vous verrez , on s'y fait ! )
tous d’abord voyons comment est constitué un moteur et définissons les termes utilisés :
un MCCAP c’est essentiellement des
bobines qui tournent dans un champ magnétique et qui tire profit
du principe bien connu :
Dans le MCCAP un des champs
magnétique
est créé par un aimant permanent , il constitue ce que
l’on nomme L’INDUCTEUR. ( Dans d’autre type de moteur à
courant continu , l’inducteur est lui même constitué
d’une bobine alimenté par un courant continu )
Sur cette photo du corps du moteur on voit clairement les deux aimants permanents |
Dans le champ magnétique créé
par l’inducteur se trouve L’INDUIT , qui pour le MCCAP se trouve
aussi être le ROTOR ( la partie qui tourne ! ).
Ci dessous , le ROTOR du
moteur
Le couple ( la force exercée par
le moteur ) est produit par la force qui tend à séparer
les deux pôles magnétiques :
celui créé
par l’aimant permanent de L’INDUCTEUR et celui créé
par le passage du courant dans L’INDUIT.
Le problème c’est que sous
l’effet de cette force l’INDUIT tourne et si on ne fait rien il
trouve une position stable et donc ...
l’axe ne tourne plus ( pas
très intéressant pour un moteur ! )
Toute l’astuce consiste donc à utiliser plusieurs bobinages pour l’induit ( on les identifie clairement sur la photo du rotor ) puis à commuter successivement ceux ci pour entretenir la rotation.
Dans le MCCAP c’est le COLLECTEUR ( ci contre ) qui remplit cette fonction capitale Alimenté par les balais il distribue successivement le courant au différentes bobines de L’INDUIT. ( dans un moteur Brushless , c’est l’électronique qui assure cette commutation ) |
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Sur la photo ci contre :
Les balais montés sur le collecteur On voit bien comment lors de la rotation les balais alimentent successivement les différents enroulements |
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Voyons maintenant comment calculer le
rendement de notre moteur
afin de l’adapter à sa charge
tout d’abord , le schéma électrique équivalent d’un MCCAP :
Simple non ? en fait , électriquement le
MCCAP se réduit à une résistance en série
avec une source de tension. La valeur de cette source de
tension
étant directement liée à la vitesse par un
coefficient constant que nous calculerons bientôt. Par convention nous appellerons : U : la tension appliquée aux bornes du moteur I : le courant qui traverse le moteur R : la résistance équivalente du moteur E : la tension
équivalente
généré par le moteur |
Il nous faut ensuite calculer les différents paramètres qui correspondent à notre moteur réel ( celui qui est sur la table devant vous ! )
pour cela nous allons lui faire subir plusieurs essais :
Essai rotor bloqué ( vous avez bien lu ! )
cet essai va nous permettre de calculer R.
Il suffit de raccorder le moteur sur une alimentation variable tout en maintenant le rotor bloqué pour qu’il ne tourne pas. On augmente alors progressivement la tension , jusqu'à arriver à la valeur nominale du courant ( valeur que doit absorbé le moteur en fonctionnement normal , en principe donné par le constructeur )
A ce moment on mesure la tension que nous noterons Ub et le courant Ib.
En bloquant le rotor , nous avons simplement éliminé du schéma équivalent la fcem ( car elle est proportionnelle à la vitesse , donc vitesse=0 => E=0 ! )
nous pouvons donc simplement calculer
R=Ub / Ib (
loi d’ohm ! )
pour notre moteur d'exemple R = 12
Ohms
et d'un !
Essai à vide
Ici il s’agit d’alimenter notre
moteur sous sa tension nominale et de mesurer le courant
consommé
et sa vitesse de rotation.
( et comme il s'agit d'un essai à vide , il est
évident que le moteur ne doit pas être accouplé
à sa charge )
Nous appellerons :
U0 la tension d’alimentation ( exemple 24V )
I0 le courant ( exemple 0,062 A )
et N0 la vitesse en tr/min ( exemple 4411 tr/min )
nous allons , pour une question
d’homogénéité des unités , convertir la
vitesse en rd/s ( radians par secondes ). Pour cela , pas de miracle
,
il faut faire 2 x PI radians pour faire 1 tour et il y a 60 secondes
dans une minutes.
Donc la vitesse en rd/s V0=( N0 x 2 x PI ) / 60
( 4411 tr/min = 461,9 rd/s )
cet essai va nous permettre de calculer K , la constante d’excitation
nous avons vu que la fcem est proportionnelle à la vitesse : E = K x V
Nous obtenons donc pour cet essai K = E / V0
Il nous manque donc la valeur de E !
Si vous avez bien observé le
schéma équivalent , vous aurez observé que :
U = E + R x I
( loi des mailles )
d'ou E = U - R
x I
pour notre exemple E = 23,26 V et donc K
= 50,3 10-3
vous avez suivi ! |
ou pas ! |
Sur la base de ces
quelques formules simples vous pouvez également calculer : le courant consommé par le moteur pour une vitesse donnée , la vitesse en fonction de la tension et de la puissance fournie , ... |