Le moteur à courant continu : principe

Le principe de fonctionnement du moteur à courant continu peut s'expliquer avec un minimum de formules et équations. Pour faire simple, un moteur à courant continu est constitué de deux parties : une partie fixe qui génère un champ magnétique (le stator) et une partie tournante (le rotor).

Principe de fonctionnement du moteur à courant continu

Un moteur à courant continu est constitué de deux parties électriques : le stator et le rotor. Lorsqu'on alimente le moteur, il se crée une interaction magnétique qui met le moteur en mouvement. Lorsqu'on inverse le sens de la tension qui alimente le moteur, il tourne en sens inverse.

Principe de fonctionnement d'un moteur à courant continu

Le stator

Le stator d'un moteur à courant continu est la partie fixe du moteur (statique = qui ne bouge pas). Le stator est aussi nommé l'inducteur ou l'excitation : on fait passer un courant dans le bobinage du stator et c'est lui qui crée (qui induit) un champ magnétique. Le stator pose le décor pour le rotor qui se retrouve ainsi plongé dans ce champ magnétique. Le stator (inducteur) crée un champ magnétique B appelé champ inducteur, ou encore champ statorique. On le note Bs (s comme... stator !)

Le stator peut être fait d'aimants permanents (comme ceux qui collent vos papiers sur la porte du frigo) ou d'électroaimants qu'il faut alimenter. Dans ce cas, la relation électrique s'écrit :

Ue = Re.Ie

C'est la loi d'Ohm pour le stator (excitation) du moteur à courant continu. En tension et courant continus, l'aspect inductif du stator n'intervient pas. Une inductance est un court-circuit en continu. Seule la résistance compte.

Flux créé par le stator d'un moteur à courant continu

Le rotor

Le rotor est la partie en rotation du moteur. C'est lui qui tourne. Il est constitué du bobinage induit. Il faut alimenter cette bobine pour la transformer en électroaimant qui entrera en interaction avec le stator. Si on n'alimentatait pas le rotor, il ne serait l'objet d'aucune force et ne tournerait pas.

Un système de frottement spécial permet d'alimenter le rotor : des balais (ou charbons montés sur des ressorts) frottent sur les contacts en rotation : le collecteur.

Charbons de remplacement pour moteur à courant continu

Le collecteur est un ensemble de plages métalliques qui font contact avec les charbons. Il appartient au rotor. Le frottement des charbons font qu'ils s'usent : ils sont montés sur ressort pour garantir un contact même lorsqu'ils raccourcissent à cause de l'usure :

Charbons et collecteur d'un moteur à courant continu

Le courant du rotor passe par les charbons. La tension E aux bornes du rotor est proportionnelle à la vitesse de rotation du rotor :

Oméga est la vitesse de rotation, k est une constante liée au moteur lui-même et phi est le flux magnétique.

Branchement du moteur à courant continu

La plupart des moteurs à courant continu ont deux fils : un fil + et un fil-. Ils sont comme des dipôles.

Les branchements du moteur à courant continu sont en réalité un peu plus complexes comme on le voit dans les cours de terminale STI ou STI2D, lors des révisions du bac (ou avant !)

En effet, l'inducteur et l'induit peuvent se brancher de 4 façons :

- excitation indépendante : l'inducteur et l'induit sont alimentés de façon indépendante. Le moteur à courant continu a alors 4 bornes. Le sens du courant dans l'excitation définit le sens du champ magnétique de l'inducteur, et donc le sens de rotation du moteur à courant continu.

- excitation série : l'inducteur et l'induit sont connectés en série dans le moteur. Le moteur à courant continu se connecte alors par 2 bornes.

- excitation parallèle (ou shunt) : l'inducteur et l'induit sont connectés en parallèle dans le moteur. Le moteur à courant continu se connecte alors aussi par 2 bornes.

- excitation constante : l'inducteur est formé d'aimants permanents. Seul le rotor est alimenté. Lorsqu'on inverse la polarité du moteur, il tourne dans le sens inverse.

Moteur à courant continu 12V (pour modélisme, etc)

Conclusion

Le moteur à courant continu est formé d'un stator qui crée un champ magnétique fixe. Dans ce champ magnétique, le rotor est alimenté à travers le système de contact balais - collecteur et le courant qui le traverse lui donne son mouvement de rotation.

Pour le vocabulaire du moteur à courant continu :

partie fixe : stator = inducteur = excitation

partie en rotation : rotor = induit