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Le mode d'excitation d'un moteur à courant continu détermine directement sa source de champ magnétique et ses caractéristiques de fonctionnement. Il est essentiel de clarifier la classification des différents modes d'excitation et leurs caractéristiques de performance pour comprendre comment le moteur s'adapte à différentes conditions de fonctionnement et constitue également une base importante pour le choix du moteur dans les applications pratiques.
Les modes d'excitation des moteurs à courant continu sont principalement classés selon la relation de connexion entre l'enroulement d'excitation et l'enroulement d'induit. Les types courants comprennent l'excitation séparée, l'excitation shunt, l'excitation série et l'excitation composée, avec des différences significatives de performances entre chaque type :
Premièrement, le moteur à courant continu à excitation séparée. Son enroulement d'excitation est totalement indépendant de l'enroulement d'induit. Le courant d'excitation est fourni par une source d'alimentation CC externe indépendante et n'est pas lié à la tension ou au courant d'induit. En termes de performances, le flux magnétique principal du moteur à excitation séparée est stable et n'est pas affecté par les variations du courant d'induit. Par conséquent, la stabilité de la vitesse est élevée et, même en cas de fluctuations de charge, la variation de vitesse est faible. Parallèlement, l'augmentation de la vitesse à faible champ peut être obtenue par un réglage indépendant du courant d'excitation, ou une régulation de vitesse en douceur en dessous de la vitesse nominale par un réglage de la tension d'induit, ce qui permet une large plage de régulation de vitesse et une grande précision. Cependant, ce type de moteur nécessite une source d'excitation indépendante supplémentaire, ce qui entraîne un coût d'équipement relativement élevé. Il convient aux applications exigeant une stabilité et une précision de régulation de vitesse strictes, telles que l'entraînement de broches de machines-outils de précision et de génératrices tachymétriques à courant continu.
Deuxièmement, le moteur à courant continu à excitation shunt. L'enroulement d'excitation est connecté en parallèle avec l'enroulement d'induit sur la même source d'alimentation CC. Le courant d'excitation est déterminé par la tension d'alimentation et n'a aucun rapport avec le courant d'induit. Ses performances sont similaires à celles du moteur à excitation séparée. Le flux magnétique principal est relativement stable, la vitesse est moins affectée par la charge et les caractéristiques de fonctionnement sont stables. De plus, il ne nécessite pas de source d'excitation indépendante, ce qui simplifie la structure de l'équipement et réduit son coût. Cependant, il convient de noter qu'une déconnexion soudaine de l'enroulement shunt entraîne une forte diminution du flux magnétique principal et une augmentation significative de la vitesse d'induit, provoquant un emballement. Par conséquent, dans les applications pratiques, un dispositif de protection du circuit d'excitation est nécessaire. Le moteur à excitation shunt est adapté aux scénarios où la variation de charge est faible et où la stabilité de la vitesse est requise, comme pour l'entraînement de pompes à eau, de ventilateurs et de convoyeurs.
Troisièmement, le moteur à courant continu à excitation série. L'enroulement d'induit est connecté en série avec l'enroulement d'induit, de sorte que le courant d'induit est égal au courant d'induit. Le flux magnétique principal de ce type de moteur varie considérablement avec le courant d'induit (charge) : lorsque la charge augmente, le courant d'induit augmente, le flux magnétique principal s'intensifie et la vitesse chute brutalement ; lorsque la charge diminue, le courant d'induit diminue, le flux magnétique principal s'affaiblit et la vitesse augmente significativement. C'est la caractéristique d'une « vitesse élevée à faible charge » et d'une faible vitesse à forte charge. Parallèlement, au démarrage du moteur à excitation série, le courant d'induit et le flux magnétique principal sont importants, ce qui lui confère un couple de démarrage important et le rend adapté aux scénarios nécessitant un démarrage sous forte charge. Cependant, en raison des fortes fluctuations de vitesse avec la charge et de la tendance à l'emballement à faible charge, le moteur à excitation série n'est pas adapté aux applications exigeant une stabilité de vitesse élevée. Il est principalement utilisé dans les équipements qui nécessitent un couple de démarrage important et permettent des fluctuations de vitesse, comme le moteur de traction des véhicules électriques, le mécanisme de levage des grues et les outils électriques.
Quatrièmement, le moteur à courant continu à excitation composée. Ce type de moteur possède un enroulement shunt et un enroulement série. Le flux magnétique principal est régulé par la superposition des forces magnétomotrices des deux enroulements. Il se divise en deux types : l'excitation composée cumulative (la force magnétomotrice de l'enroulement série est de même sens que celle de l'enroulement shunt) et l'excitation composée différentielle (les sens sont opposés). Parmi ces moteurs, le moteur à excitation composée cumulative est le plus répandu. Son flux magnétique principal est principalement déterminé par l'enroulement shunt (afin d'assurer la stabilité de la vitesse de base), et l'enroulement série peut renforcer le flux magnétique principal lorsque la charge augmente, augmentant ainsi le couple électromagnétique. Il combine les avantages du moteur à excitation shunt (vitesse stable) et du moteur à excitation série (couple de démarrage élevé). La plage de variation de vitesse avec la charge se situe entre celle du moteur à excitation shunt et celle du moteur à excitation série. Il convient aux situations où la charge varie fortement et où une vitesse stable et un couple de démarrage élevé sont requis, comme pour les systèmes de propulsion des navires et l'entraînement des gros compresseurs. Pour le moteur à excitation différentielle composée, lorsque la charge augmente, le flux magnétique principal s'affaiblit et la vitesse augmente, ce qui entraîne une faible stabilité de fonctionnement. Il est donc rarement utilisé en pratique.
