Bobinage MCC

Bobinage d’une machine à courant continu

Encadré par : Mr. Sidki Réalisé par : Mehdi Ayouche

Sommaire Introduction ........................................................................................................... 2 Bobinage de l’inducteur ........................................................................................ 3 Bobinage de l’induit .............................................................................................. 5 1. Representation des enroulements................................................................. 6 2. Les differentes sortes d’enroulements induits ............................................. 7 a) Enroulement imbriqué .............................................................................. 7 b) Enroulement ondulé .................................................................................. 7 3. Pas de l’enroulement .................................................................................... 9

Introduction La machine à courant continue comporte des bobinages inducteurs et induits. Les uns servent à la création d’un champ électromagnétique, les autres produisent des réactions sur les premiers, telles, qu’il y a naissance d’un couple moteur faisant tourner l’organe mobile de la machine. Les enroulements de la machine à courant continue diffèrent selon le type de la MCC, la figure ci-dessus représente les différents enroulements de la machine à courant continue.

Figure 1 : enroulement des machines à courant continu

Bobinage de l’inducteur Les bobines inductrices sont supportées par les noyaux polaires. Le sens des enroulements doit être tel qu’il y ait production de pôles alternés. Dans une machines bipolaire, les pôles sont diamétralement opposés. Dans une machine tétrapolaire, les pôles de même nom se trouvent placés suivant un même diamètre. Les bobines sont absolument semblables pour une machine déterminée. Ce sont simplement les connexions entres bobines qui doivent être observées.

 Cas d’un moteur bipolaire Considérons le cas d’un moteur bipolaire représenté par la figure ci-dessus :

Figure 2 : machine bipolaire

Le courant arrive par le pole +, la bobine N étant enroulée dans le sens indiqué sur la figure, il y a naissance d’un pôle nord (d’après la règle du tire-bouchon). La bobine S devra donc produire un pôle sud et être connectée en conséquence.



Figure 3 : sens des enroulements sur les inducteurs d'un moteur bipolaire

Cas d’un moteur tétrapolaire Pour un moteur tétrapolaire, les quatre bobines inductrices sont branchées comme si nous avions relié en série deux systèmes inducteurs de moteurs bipolaires. On le vérifie facilement en examinent le sens du courant dans chaque bobine.

Figure 4 : machine tetrapolaire

Généralement les bobines sont exécutées sur un gabarit en bois, ensuite montées sur les noyaux polaires. Le gabarit utilisé doit avoir une joue amovible pour permettre le démontage de l’enroulement. Le noyau du gabarit est entouré d’une feuille de presspahn, qui fera corps avec la bobine à monter sur le pôle de l’inducteur. Le diamètre du gabarit sera établi de telle façon que l’enroulement viendra s’engager sans jeu sur le pole. Pour empêcher la bobine de se déformer avant sa mise en place, on ménage des saignées dans la forme pour passer une ficelle ou un fil recuit guipé et attacher provisoirement la bobine en attendant l’enrubannage. Pour l’enroulement, on monte le gabarit sur un tour à faible vitesse, soit sur un système quelconque muni d’une manivelle et permettant l’arrêt instantané. Le fil à bobiner se place sur un dévidoir, dont on doit pouvoir freiner la rotation de façon à donner une tension suffisant au fil. Les différentes couches de l’enroulement doivent former des spires jointives, bien serrés, en ayant soin de ne pas blesser l’isolant. Dans cette opération, le fil est guidé par une réglette de bois qui sert également à appliquer chaque spire sur la précédente. L’enroulement terminé, on le ligature avec la ficelle prévue à cet effet dans les joues du gabarit ; on démonte ce dernier et on enrubanne soigneusement. La bobine est ensuite plongée dans un récipient contenant un vernis gras, puis mise à sécher dans une étuve.

Bobinage de l’induit Dans une machine à courant continue, l'enroulement d'induit est un enroulement rotorique qui est connecté aux lames du collecteur.

Figure 5 : Collecteur et induit en tambour avec l'enroulement

Par définition, une section est l’ensemble des spires comprises entre deux lames du collecteur.

Figure 6 : section à trois spire

Les fils contenus dans une même encoche et faisant partie de la même section constituent un faisceau. Une section se compose donc de deux faisceau placés dans deux encoches différentes. Habituellement, on place deux sections dans des mêmes encoches ; elles sont alors enrubannées ensemble et portent le nom de bobine. Evidemment, la bobine comporte alors quatre fils de connexion, puisque les deux sections ne sont pas reliées aux mêmes lames du collecteur. Toutes les sections sont mises en série en reliant leurs extrémités deux à deux. De cette manière l’enroulement d’induit d’une machine à courant continu se referme en formant un polygone. L’association entre l’enroulement fermé et les lames du collecteur crée un circuit

électrique externe vu entre les balais. La façon de connecter l’enroulement au collecteur définit un type de circuit électrique.

1. Représentation des enroulements Pour simplifier la représentation des enroulements sur l’induit, on ne dessine que la face coté collecteur des encoches. Les faisceaux placés dans ces dernières sont indiqués par un point, la partie de la spire en arrière du tambour par un pointillé et la partie en avant, c’est-à-dire coté collecteur, par un trait continue. Par exemple, la représentation d’une bobine à deux sections sera la suivante :

On remarque que la section 1 part de la lame du collecteur, passe dans le haut de l’encoche supérieure, coté postérieure de l’induit, bas de l’encoche inferieur et lame du collecteur. Si l’on suppose l’induit et le collecteur développés suivant une génératrice du tambour, nous obtiendrons le développement panoramique.

Figure 7 : representation panoramique d'un enroulement induit

La figure ci-dessus est une représentation panoramique d’un enroulement induit, où on considère un fil par faisceau pour simplifier la représentation. Partant de la lame 1, nous entrons dans la partie supérieure de l’encoche 1(tait continu), nous passons coter postérieur de la machine pour venir dans la partie inférieur de l’encoche4 (trait pointillé), connexion sur la lame 2 de la fin de la première spire avec le commencement de la deuxième. Cette deuxième spire entre dans la partie supérieure de l’encoche 2, pour venir à une autre lame du collecteur

en passant par la partie inférieure de l’encoche 5. Nous continuons ainsi jusqu’à l’épuisement des encoches. Ce type d’enroulement est dit imbriqué (on va le voir par la suite).

2. Les différentes sortes d’enroulements induits On distingue deux catégories d’enroulements induits. Les enroulements simples adoptés sur les machines de petite puissance et les enroulements multiples. Ces enroulements peuvent être imbriqué ou ondulés. a) Enroulement imbriqué Dans le type imbriqué, les sections reliées en séries sont voisines sur l’induit et, par conséquent, sont soumises à l’influence d’un même pole ; elles ont également des positions voisines sur les lames du collecteur..

Figure 8 : enroulement imbriqué. developpement panoramique

La figure ci-dessus représente le type d’enroulement imbriqué dont on a cité son principe avant. Dans le cas présent, nous considérons qu’il y a plusieurs fils par faisceau, c’est-à-dire, partant de la lame 1, nous passons par l’encoche 1, ensuite par l’encoche 3 et nous revenons encore aux encoches 1 et 3 sans nous arrêter au collecteur, et ceci jusqu’à ce que la section ait le nombre de spires voulu. Alors que nous fixons l’extrémité de la section à la lame 2. De là, il faut une deuxième section qui passe successivement par les encoches 2 et 4, pour venir aboutir à la lame, et ainsi de suite. b) Enroulement ondulé Il y a encore un autre type d’enroulement appelé enroulement ondulé. Il est ainsi appelé parce que le fil suit un tracé ondulé, les sections dans ce cas sont reliées en série sont soumises à deux pôles de même nom. Pour simplifier, nous considérons le trajet d’un fil simplement.

Figure 9 : enroulement ondulé

Partant de la lame (a), nous entrons dans une encoche, ensuite nous passons par la partie postérieure de l’induit, nous revenons en passant dans une autre encoche pour nous relier à une autre lame (g) du collecteur. Nous continuons comme précédemment de la lame (g) à (m). Les lames (a), (g) et (m) ne sont pas voisines sur le collecteur dans le cas d’un enroulement imbriqué. Dans la pratique, nous savons qu’il y a plusieurs développement panoramique d’un enroulement ondulé

fils dans un faisceau. Voici un

Figure 10 : enroulement ondulé. Developpement panoramique

Suivons le trajet de la spire dans la figure précédente : de la lame (a) nous entrons dans une encoche placée sous le pôle nord ; nous venons dans une encoche située sous le pole suivant et nous repassons dans la première encoche sans nous connecter au collecteur. La section

ayant le nombre de spire voulu, nous fixons l’extrémité du fil à la lame (g), et nous continuons le bobinage de la deuxième section pour aboutir à la lame (m).

3. Pas de l’enroulement Pour ordonner et disposer les sections de l’enroulement dans les encoches, il faut considéré les pas d’enroulement suivant : 





Premier pas Y1 :Pour établir la largeur d’une section, il faut compter le nombre de faisceaux à franchir quand, partant du premier faisceau de la section, on progresse jusqu’au deuxième. Cette distance permet aux sections d’embrasser tout le flux d’un pôle, pour générer une force électromotrice maximale. Par la suite avec une telle distance, l’enroulement réalisé doit avoir un pas total, ou pas polaire. Mais souvent le pas polaire = Nlame/2p n’est pas entier. Pour avoir Y1 un nombre entier d’encoche, nous procédons par un petit raccourcissement ou allongement (ɛ) par rapport au pas polaire. Y1= Nlame/2p ± ɛ equation1 Deuxième pas Y2 : Pour relier les sections au collecteur, il faut également compter le nombre de faisceaux dont on progresse quand, partant de l’un des faisceaux d’une section reliée à une lame, on rencontre le faisceau d’une autre section connecté à la même lame du collecteur. Ce nombre est représenté par Y2. Pas résultant Y : Le pas résultant est la distance entre les cotés correspondants de deux sections se suivent.

Figure 11 : pas d'enroulement pour un bobinage imbriqué

Figure 12 : pas d'enroulement pour un bobinage ondulé

Raccordement d’enroulement d’induit au collecteur Une fois que les sections sont placées sur l’induit en considerant les pas citer precedement, il faut relier les sections entre elles et raccorder l’enroulement au collecteur afin de créer un circuit électrique. Ce circuit électrique formé alors par l’enroulement et le système de balaiscollecteur doit se retrouver identiquement à lui-même chaque fois que les balais se deplacent d’une lame du collecteur à la suivante. Dans les circuit, des groupes de sections en série sont montés en parallèle, la grandeur 2a désigne le nombre des branches mise en parallèle, elle est appelée nombre de voies en parallèle. Suivant le mode de connexion des sections, nous créons differents types d’enroulement comportants differents nombre de voies en parallele, chacun presentant un comportement electrique diferent. Pour relier une section avec les sections voisines via les lames du collecteur, il faut determiner une distance entre les lames du collecteur auxquelles une section doit etre connectée. Il s’agit d’une procedure basée sur une connaissance empirique. Cette distance calculée en nombre d’intervalles au collecteur est appelée : Pas d’enroulement au collecteur Yc. L’équation pour le pas au collecteur, présenter ci-dessous doit donner un nombre entier :

Equation 2  

a ; le nombre de voies d’enroulement



β : paramètre {

p le nombre de paires de poles

Pour le bobinage imbriqué : on a le pas au collecteur Yc =

é

. Ce type de bobinage est

appelé parallèle. Les signes plus ou moins désignent repspectivement les cas non croisé ou croisé.

Pour le bobinage ondulé : on a le pas au collecteur

. Ineversement au premier

cas, les signes plus ou moins designent respectivement les cas croisé ou non croisé. Si on choisit l’option non croisée( la plus répondu) le bobinage sera progressif. Tandis que l’option croisée qui donne un bobinage rétrograde consomme plus de cuivre. Danss ce cas, il en résulte des extrémités de bobines plus longues qui entrainent une résistancee de bobine plus élevée et donc plus pertes, cette solution devrait etre theoriquement abondonnée. On démontre en effet, qu’en passant d’un bobinage croisé à un bobinage non croisé, la polarité des balais est inversée.

Modélisation du circuit électrique établit entre les balais Les deux principaux types de bobinages pour l’induit d’une machine à courant continu sont le bobinage ondulé et le bobinage imbriqué qu’on a déjà introduit. La différence entre les deux est simplement due à une connexion différente entre les sections et le collecteur. Selon le choix de connexion, un circuit électrique différent s’établit entre les balais. Le courant débité par la source passe à travers l’enroulement en se divisant dans plusieurs branches montées en parallèle. Chaque branche est une voie constituée d’un nombre de sections connectées en série. Ces branches formées par des sections se trouvent entre les balais. Ainsi, c’est grâce aux balais que toutes les voies de l’enroulement sont branchées en dérivation, comme le figure ci-dessous :

Figure 13 : voie d'enroulement situé entre les balais

Quand plusieurs voies en parallèle s’établissent dans le circuit de l’enroulement il faut assurer la symétrie de ces voies, c’est-à-dire chaque voie doit comporter le même nombre de sections à chaque instant. Ceci permet d’avoir rigoureusement la même différence de potentiel aux bornes de chaque voie. Sinon des courants de compensation vont circuler entre les balais donnant naissance à des étincelles.

Dans un circuit électrique, avec la rotation de l’induit, la position des sections change. Elles se permutent et même passent d’une voie à une autre. Cette interversion peut introduire des dissymétries pour de courtes durées. Le choix du type de bobinage, autrement dit l’interconnexion des sections et la façon de brancher ces dernières aux lames du collecteur, définit le nombre 2a de voies parallèle. Un bobinage ondulé simple dispose toujours de deux voies en parallèle. Tandis que dans un induit à bobinage imbriqué simple le nombre de voies en parallèle de l’enroulement est déterminé par le nombre de pôles 2p. Il est possible d’avoir un nombre de voies en parallèle plus élevé en employant la technique du bobinage multiple. L’exécution de cette technique permet de multiplier le nombre de voies par Χ le degré de multiplicité. a. Cas d’un bobinage imbriqué Lors de la réalisation d’un bobinage imbriqué, il faut connecter un faisceau aller d’une section avec un faisceau retour d’une section qui a une surface en commun avec la première. Afin de satisfaire l’equation 1 il faut d’abord savoir la valeur de 2a, le nombre de voies en parallèle. Une telle connexion génère un nombre de voies en parallèle au moins égale au nombre de poles. Le nombre de voies en parallèle dans un enroulement imbriqué est comme suit : a = Χ*p Pratiquement le degré de multiplicité Χ est confiné entre les valeurs Χ=1,2,3. Il doit etre inferieur ou egal à p. Si Χ=1, le bobinage est dis simple. Mais pour les autres cas, quand Χ≥2, le bobinage est dit multiple. b. Cas d’un bobinage ondulé Pour réliser un bobi,age ondulé, il faut relier les brins de sections qui n’ont pas une surface en commun entre elles. Les extrémités des sections sont ployées vers l’extérieur. Contrairement au bobinage imbriqué, le bobinage ondulé à un nombre de voies en parallèle indépendant du nombre de paires de poles p et il est exprimé en fonction du degré de multiplicité X. a=X Equation3 Dans le cas simple, où X=1 le nombre des voies en parallèle est toujours égal à 2. Le nombre de balais nécessaires pour un bobinage imbriqué est toujours égal au nombre de poles de l’inducteur 2p. Pour un bobinage ondulé, comme le nombre de voies en parallèle est independant du nombre de pole, un paire de balais est suffisant pour assurer le fonctionnement de la machine. Néanmoins, autant de balais peuvent etre utilisés que le nombre de poles 2p.

Exemple de bobinage imbriqué On a vu les notions de bases et les données nécessaires pour réaliser un bobinage imbriqué sur le rotor d’une machine à courant continu, nous donnons exemple d’un bobinage imbriqué à trois paire de pole et à 25 encoches. Afin de loger les sections dans les encoches, l’equation 1 nous donne Y1=4. D’autre part, afin de relier les sections entres elle ainsi qu’avec le collecteur, nous considérons un bobinage imbriqué simple X=1. Le nombre de voies en parallèle est donné par l’equation3 a=p=3. Ceci nous sert à calculer le pas au collecteur grace à l’equation2 Yc=1. On retrouve le schéma suivant :

Figure 14 : bobinage imbriqué