Interaction courant-champ magnétique (forces de Laplace)

[bachir1994]

Bonjour,
Quand on alimente un moteur électrique ce dernier ne développe pas systématiquement sa puissance nominale, il fait un appel de courant proportionnellement à la charge entrainée. ma question est la suivante :
comment expliquer à l’échelle microscopique l'augmentation de la densité de courant dés que le moteur ressent un dur mécanique (ou une augmentation de la charge entrainée),
tous ce que je sais c'est que le moteur tourne grâce à l’interaction entre le courant rotorique et le champ magnétique dans le quel le rotor est noyé.
on parle souvent de force électromotrice, mais ça n'explique pas tout.
Merci.
-----

[LPFR]

Bonjour.
Quand le rotor tourne, une tension est induite dans le bobinage du rotor. Cette tension est du même signe que la tension d’alimentation et a tendance à s’opposer à la tension d’alimentation (règle (et non loi) de Lenz). C’est pour cela qu’elle est appelée « force contre-électromotrice ».
Elle dépend de la vitesse de rotation du rotor. S’il n’y avait pas de résistances mécaniques, une fois la vitesse finale atteinte, la vitesse du rotor serait telle que la force contre-électromotrice compenserait exactement la tension d’alimentation et le moteur tournerait sans besoin de courant dans le rotor.

Si maintenant vous freinez le rotor, la force contre-électromotrice diminuera et du courant se mettra à circuler dans le rotor. De sorte que le couple créé compensera (à l’équilibre) le couple de freinage.
Au revoir.

[bachir1994]

Bonjour,
Donc si le moteur cale la fcem s’annule et il restera l'impédance ohmique du bobinage moteur qui vont débiter un courant important.
et la fcem contribue à diminuer la tension appliquée entre les bobinages moteur, d'ou par simple application de la loi d'ohm le courant moteur qui diminue proportionnellement à la vitesse et la FCEM.
Merci

[LPFR]

Re.
Oui. C’est bien ça. Et on le retrouve au courant de démarrage des moteurs, qui peut être très élevé.
A+

[A voir en vidéo sur Futura]

[stefjm]

Bonjour,
Donc si le moteur cale la fcem s’annule et il restera l'impédance ohmique du bobinage moteur qui vont débiter un courant important.
et la fcem contribue à diminuer la tension appliquée entre les bobinages moteur, d'ou par simple application de la loi d'ohm le courant moteur qui diminue proportionnellement à la vitesse et la FCEM.
Merci

Non.
Cela permet de le calculer, mais ce n'est pas dans cet ordre que cela se passe.
Détail plus tard si personne n'explique...

[bachir1994]

Bonjour,
Tout compte fait le régime transitoire lors d'un démarrage moteur, ou ce dernier fait un appel de courant allant jusqu’à dix fois son courant nominal est lié à cette force contre électromotrice qui est nulle au démarrage et augmente au fur et à mesure que le moteur gagne en vitesse.
et ce phénomène régi aussi tous les organes électromécanique en translation comme les électrovannes, les contacteurs ..etc.
A+

[LPFR]

Bonjour.
C’est vrai dans les moteurs. Et encore, il faut que la force contre-électromotrice induite soit importante.
Dans certains moteurs, comme les moteurs à rotor plat, elle est faible, et le courant est limité presque exclusivement par la résistance de « l’induit » (sur lequel peut de choses s’induisent).

La situation est la même dans la bobine d’un relais ou une électrovanne : la force contre-électromotrice induite due au mouvement de la partie mobile est totalement négligeable.
Au revoir.

[bachir1994]

Bonjour,
Merci pour ces éclaircissement LPFR,
dans le cas des bobines ou contacteur pendant la mise sous tension il y a ce qu'on appel 'courant d'appel' très important par rapport au courant de maintien, cela est mathématiquement lié, dans une électrovanne par exemple, à l'espacement 'entrefer' du noyau ou siège de l’électrovanne en mouvement. et tant que ce dernier n'a pas atteint sa position finale la réactance inductive de l’électrovanne Xl reste assez faible et cela justifie le courant important débité pendant ces phases transitoires. j'ai vu cela dans une documentation fournisseur JOUCOUMATIC, et c'est pas vraiment claire pour moi .
A+

[LPFR]

Re.
Oui. C’est exact. Mais que le courant pour fermer un relais ou une vanne soit plus important que celui pour le maintenir fermé, n’a rien à voir avec des forces contre-électromotrices.
C’est du à la réluctance du circuit magnétique qui diminue quand le l’entrefer disparaît ou se réduit.
Aucun rapport avec le courant de démarrage des moteurs.
A+

[bachir1994]

Bonjour LPFR,
Réluctance, c'est le mot qui m'a échapper merci pour ces information.
A+

[bachir1994]

Bonjour à tous,
Je rouvre encore ce sujet,
lorsque un moteur électrique est alimenté à vide le courant consommée est largement faible par rapport au courant nominal. et dés qu'on couple le moteur avec une charge mécanique le courant augmente en conséquence. peut on expliquer cela comme suite :
dés que le moteur est couplé à sa charge il perd de la vitesse, et pour rattraper sa vitesse il fait un appel de courant important, en même temps c'est aussi lié à la FCEM qui diminue en perdant la vitesse. je suis un peut confus la dessus ?
A+

[LPFR]

Bonjour à tous,
Je rouvre encore ce sujet,
lorsque un moteur électrique est alimenté à vide le courant consommée est largement faible par rapport au courant nominal. et dés qu'on couple le moteur avec une charge mécanique le courant augmente en conséquence. peut on expliquer cela comme suite :
dés que le moteur est couplé à sa charge il perd de la vitesse, et pour rattraper sa vitesse il fait un appel de courant important, en même temps c'est aussi lié à la FCEM qui diminue en perdant la vitesse. je suis un peut confus la dessus ?
A+

Bonjour.
C’est presque ça.
Le moteur n’a pas la volonté de rattraper sa vitesse précédente. S’il est alimenté en tension, la chute de la force contre-électromotrice fera augmenter le courant et le couple, et le moteur augmentera sa vitesse vers un nouveau point d’équilibre.

Imaginez que le moteur ait été alimenté par une source de courant ou une source réelle avec une grande résistance interne. Le fait de freiner le moteur diminuera la force contre-électromotrice, mais le courant n’augmentera pas (ou pas de beaucoup) et la vitesse restera plus faible. C’est un peu ce qui arrive aux moteurs réels. La résistance du bobinage fait que, même alimenté en tension, si on freine un moteur, sa vitesse diminue.
Au revoir.

[stefjm]

lorsque un moteur électrique est alimenté à vide le courant consommée est largement faible par rapport au courant nominal. et dés qu'on couple le moteur avec une charge mécanique le courant augmente en conséquence. peut on expliquer cela comme suite :
dés que le moteur est couplé à sa charge il perd de la vitesse, et pour rattraper sa vitesse il fait un appel de courant important, en même temps c'est aussi lié à la FCEM qui diminue en perdant la vitesse. je suis un peut confus la dessus ?

Bonjour,
Vous avez complétement raison.
Il faut bien comprendre que le système «moteur électrique à courant continu alimenté en tension» est un asservissement de tension de fem de moteur (ou de vitesse).
Voir cet excellent lien :
http://wikimeca.org/index.php?title=...h.C3.A9ma_bloc
U est la tension d'alimentation parfaite et Ue la fem du moteur.
U-Ue est la tension aux bornes de RL.
Le courant dans le moteur donne le couple.
Le principe fondamental de la dynamique donne la vitesse et donc la fem Ue proportionnel à la vitesse.
et c'est rebouclé comme un système asservi.

C'est juste une façon élégante d'écrire les équation différentielles de la physique et de les mettre en forme causalement et opérationnellement.

Il y a deux couplages :
L'un est réalisé par la loi de maille sur les éléments en série du moteur. (somme des tensions nulles)
L'autre est réalisé par le PFD (somme des couples-J.accélération angulaire, nulle)

On est donc en présence d'un asservissement de vitesse, qui voit la charge du moteur comme une perturbation et qui cherche à la rejeter.
Le rejet de la perturbation de couple est d'autant meilleur que le paramètre est grand. L'erreur en tension est de et l'erreur en vitesse est de

Sans perturbation, Ue est presque égal à U, d'où un courant à vide très faible.


Tout cela est parfaitement bien modélisé par les automaticiens et visiblement peu connu des physiciens de ce forum. (Ce n'est pas une attaque, juste un constat.)

C’est presque ça.

C'est pile poil ça, pas presque...

Le moteur n’a pas la volonté de rattraper sa vitesse précédente.

Le moteur tout seul, certes, mais il n'est pas tout seul...
Il est alimenté par une source de tension parfaite.

L'association «moteur+source de tension» a la volonté, selon VOTRE vocabulaire, de rattraper la bonne vitesse (ou tension).

S’il est alimenté en tension, la chute de la force contre-électromotrice fera augmenter le courant et le couple, et le moteur augmentera sa vitesse vers un nouveau point d’équilibre.

Je suis d'accord et cela se modélise comme dans le lien que j'ai donné.

Imaginez que le moteur ait été alimenté par une source de courant ou une source réelle avec une grande résistance interne. Le fait de freiner le moteur diminuera la force contre-électromotrice, mais le courant n’augmentera pas (ou pas de beaucoup) et la vitesse restera plus faible.

Alimenté par une source de courant constante, le couple moteur devient constant et le moteur accélère jusqu'à ce que le couple de charge équilibre ce couple moteur. Cela peut se faire à vitesse très (trop) élevé si la charge n'est pas suffisante.
Si le moteur est à vide, le courant est constant, le couple aussi, la vitesse max ne dépend alors que des frottements. S'ils sont minimum, la vitesse est maximum. (réponse en exponentielle)

Dans ces conditions, l'association source de courant + moteur n'est plus un asservissement de vitesse, mais de courant ou de couple.
Très dangereux à réaliser à vide si on dispose d'une source de courant puissante.

C'est très facile à réaliser physiquement avec un asservissement de courant sur le moteur, alimenté en tension asservie par le courant.

C’est un peu ce qui arrive aux moteurs réels. La résistance du bobinage fait que, même alimenté en tension, si on freine un moteur, sa vitesse diminue.

Non, du tout.
Je ne vois pas l'intérêt de passer par une alimentation en courant pour montrer quoi que ce soit pour une alimentation en tension.

Cordialement.

[bachir1994]

Bonjour,
Merci à tous les deux pour ces réponses, vous me tracer vraiment les grandes lignes qui vont me permettre d'élargir mes connaissances.
A+