REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE

Ministère de L’enseignement Supérieur

Et de La Recherche Scientifique
Université Mohamed Cherif Messaadia Souk-Ahras
Faculté des Sciences et de Technologie
Département de Génie électrique

2èmeMASTER : Machine électrique

Matière : Régimes transitoires des machines électriques

TP 2 :
Etude du régime transitoire de MCC a
démarrage direct

Réalisée par
- Khadraoui Islem Eddine
- Menar Med Abdessalam

Chargé de Matière : Dr.D.Sekki

Année universitaire:2024/2025.
 INTRODUCTION :

Les moteurs à courant continu (MCC) jouent un rôle essentiel dans les systèmes industriels
et les applications nécessitant un contrôle précis de la vitesse et du couple. Leur fonctionnement
repose sur la conversion de l'énergie électrique en énergie mécanique, ce qui les rend
particulièrement adaptés aux systèmes où une régulation fine des paramètres dynamiques est
requise.
Lors du démarrage direct d'un MCC, des phénomènes transitoires significatifs
apparaissent, tels qu'un pic de courant initial et une montée progressive de la vitesse. Ces régimes
transitoires sont influencés par des facteurs tels que la tension appliquée, la résistance de l’induit,
l’inertie du système, et le couple de charge. L’étude de ces régimes est cruciale pour comprendre
les contraintes mécaniques et électriques imposées au moteur, ainsi que pour optimiser son
fonctionnement.
Dans ce travail pratique, nous analysons ces phénomènes transitoires en appliquant une
tension soudaine au MCC. Nous mesurons et interprétons l'évolution du courant et de la vitesse en
fonction du temps. L’impact d’un couple de charge variable est également étudié afin de mettre en
évidence son influence sur les performances dynamiques du moteur.
Ce TP s'articule autour des axes suivants :
• Étude théorique des équations fondamentales régissant le MCC.
• Analyse expérimentale des courbes obtenues pour le courant (Ia) et la vitesse (ω).
• Interprétation des régimes transitoires en fonction des paramètres du système.
L'objectif principal est de comprendre les interactions entre les phénomènes électriques et
mécaniques du MCC afin de proposer des solutions pour réduire les contraintes liées au démarrage
direct. Cette étude permettra également de maîtriser les bases du contrôle des régimes transitoires
dans les moteurs électriques.
 MATERIELLE DE TRAVAILLE :

Alimentation à courant continu Interpteur

Système de contrôle et de test des

Moteur a courant continu
servomoteurs
Pour commande la vitesse et la torque du
servomoteur.
servomoteur. (la charge) Capteur de courant et de vitesse.

Un logiciel utilisé avec des capteurs de courant et de vitesse pour

tracer les courbes, similaire à un oscilloscope.

MONTAGE DE TP :
 PARTIE THEORIQUE :

1.Principe de fonctionnement d’un MCC :

Un moteur à courant continu transforme l'énergie électrique en énergie mécanique grâce à
l'interaction entre :
1. Le champ magnétique produit par le stator.
2. Le courant circulant dans l’induit.
Les principales parties du moteur sont :
• L’induit : Partie rotative dans laquelle circule le courant.
• Le stator : Partie fixe qui génère le champ magnétique.
• Les brosses et le collecteur : Assurent le passage du courant de la source vers l’induit.
2. Lois fondamentales :
Les principales équations régissant le fonctionnement d’un MCC sont :
a. Équation électrique du MCC :
La tension appliquée au MCC se répartit entre la force électromotrice (E) et la chute
de tension ohmique dans l’induit :

U=E+Ra⋅Ia
Où:
• U: Tension d’alimentation appliquée (V),
• E: Force électromotrice (V),
• Ra : Résistance de l’induit (Ω),
• Ia : Courant traversant l’induit (A).
b. Force électromotrice (𝐸) :
La FEM est directement proportionnelle à la vitesse angulaire (𝜔) du rotor :

E=ke⋅ω
• ke : Constante de FEM, dépend des caractéristiques du moteur,
• ω: Vitesse angulaire (rad/s).
 c. Équation mécanique:
Le couple moteur (Tm) généré par le MCC est utilisé pour vaincre le couple de
charge (Tc) et pour accélérer l’inertie (J) du système :
Tm=J⋅) dω/dt) +Tc
• Tm : Couple moteur (Nm),
• J : Inertie du rotor (kg·m²),
• Tc : Couple de charge appliqué (Nm).

d. Puissance mécanique:
La puissance mécanique développée est liée au couple et à la vitesse :

Pm=Tm⋅ω
e. Courant de démarrage:
Lors du démarrage, la vitesse initiale est nulle (ω=0), donc la FEM (E) est
également nulle (E=ke⋅ω=0). Le courant initial est donné par :

Ia=U/Ra
Ce courant peut être jusqu’à 6 à 10 fois plus élevé que le courant nominal.
3. Régime transitoire :
Le régime transitoire d’un MCC peut être décomposé en deux phases principales :
a. Phase transitoire du courant :
• Lors de l’application soudaine de la tension (U), le courant atteint un pic
initial élevé car E=0.
• Avec l’augmentation de la vitesse, E augmente progressivement, réduisant
Ia selon l’équation :

Ia= (U−E)/Ra
b. Phase transitoire de la vitesse :
• La vitesse augmente de manière exponentielle selon la loi d’accélération
mécanique (dω/dt).
• Le régime permanent est atteint lorsque le couple moteur (Tm) équilibre le
couple de charge (Tc).
4. Influence du couple de charge :
Un couple de charge plus élevé :
• Diminue la vitesse de régime permanent (ωf).
• Prolonge la phase transitoire car l’accélération est réduite.
• Augmente le courant d’induit pendant la phase transitoire.
5. Les mode de démarrage de mcc :
On utilise 3 modes de démarrage pour les moteurs à courant continu :
a. Branchement direct sur le réseau :
Méthode simple mais entraîne un fort appel de courant et un couple
dynamique élevé, adapté aux moteurs de petite puissance (moins de 6 kW).
b. Démarrage avec un rhéostat dans le circuit de l'induit :
Cette méthode permet de réduire l'appel de courant mais présente des
inconvénients tels que l'encombrement et les pertes d'énergie importantes dans les
installations de grande puissance.
c. Démarrage avec un groupe spécial :
Cette méthode repose sur la variation de la tension appliquée au moteur
grâce à des dispositifs spécifiques (comme les groupes Ward-Leonard ou des
batteries d'accumulateurs) pour mieux contrôler la mise en marche.
6. Les hypothèses :
Ces hypothèses sont établies pour simplifier l’analyse du fonctionnement du moteur
électrique shunt et éviter les complications dues à divers phénomènes physiques. Elles permettent
de se concentrer sur les relations fondamentales entre les variables principales (tension, courant,
résistance et force électromotrice). Voici pourquoi ces hypothèses sont faites :
1. Négliger la réaction magnétique de l’induit : La réaction magnétique de l’induit est
l’effet du champ magnétique produit par le courant dans l’induit sur le champ magnétique
principal. Cet effet est négligé pour simplifier les calculs, car il est souvent faible par rapport au
champ principal dans les systèmes bien conçus.
2. Considérer le flux d’excitation constant avec différentes charges : Dans un moteur
shunt, les enroulements d’excitation sont connectés en parallèle avec l’induit, ce qui rend le flux
presque constant, indépendamment des variations de charge. Cette hypothèse facilite l’analyse et
est suffisamment précise pour la plupart des cas pratiques.
3. Considérer la résistance de l’induit comme constante : La résistance des enroulements
de l’induit est supposée constante pour simplifier le modèle. Cet écart est raisonnable, car les
variations dues à la température sont généralement faibles par rapport aux autres facteurs.
7. Objectif des hypotheses :
Ces hypothèses visent à établir des équations simples qui décrivent la relation entre les
variables principales comme la tension , le courant , et la force électromotrice . Cela permet une
analyse plus simple et pratique des performances du moteur shunt sans compromettre de manière
significative la précision des résultats.

PARTIE EXPERIMENTALE :

1. Objectifs :
• Étudier le comportement du courant et de la vitesse lors du démarrage direct d’un MCC.
• Observer l’impact de la variation du couple de charge sur les régimes transitoires.
2. Montage expérimental :
Configuration :
• Un MCC est directement alimenté par une source de tension à l’aide d’un
interrupteur.
• Le MCC est connecté à une charge dont le couple peut être contrôlé.
• Les courbe de la vitesse et le courant de l’induit engestrie par un logicielle.

3. Analyse des courbes :

Les courbes obtenues montrent l’évolution du courant (Ia) et de la vitesse (ω) en fonction
du temps.
a. Courant (Ia):
Observation:
• Un pic initial atteint environ 6×Inominal, comme prévu.
• Le courant diminue progressivement pour atteindre une valeur stable
correspondant au régime permanent.
Interprétation:
• La diminution du courant est due à l’augmentation de la FEM (E) au fur et à
mesure que la vitesse (ω) augmente.
• En régime permanent, le courant est stabilisé par l’équilibre entre U, E, et Ra⋅Ia

b. Vitesse (ω):

Observation:

• La vitesse suit une croissance exponentielle avec un point d’inflexion.

• Le régime permanent est atteint plus lentement en présence d’un couple de
charge élevé.

Interprétation:

• La croissance initiale est due à l’accélération rapide du rotor sous l’effet du

couple moteur (Tm ).

• L’augmentation du couple de charge réduit la vitesse finale et ralentit la montée

initiale.
 CONCLUCION :

Ce TP met en évidence les phénomènes associés aux régimes transitoires dans un moteur à
courant continu (MCC) lors d’un démarrage direct. Les résultats obtenus permettent de tirer les
observations suivantes:

1. Montée rapide du courant:

L'absence de force électromotrice (FEM) initiale provoque un pic de courant

important au démarrage.

2. Réponse retardée de la vitesse :

La vitesse augmente progressivement, son évolution étant influencée par la

présence et l’intensité du couple de charge appliqué.

Pour résoudre ces problèmes, plusieurs solutions sont proposées :

1.Utilisation d’un rhéostat lors du démarrage :

Le rhéostat est inséré en série dans le circuit d’induit pour augmenter
temporairement la résistance totale, ce qui réduit le courant initial. Une fois la vitesse suffisante
atteinte, la résistance est progressivement retirée. Cela permet:
• Une limitation efficace du courant de démarrage [Ia=U/(Ra+Rrheostat)].
• Une accélération plus contrôlée du moteur.

2. Démarreurs progressifs :
Ils permettent d’augmenter graduellement la tension appliquée au moteur, réduisant
ainsi les contraintes électriques et mécaniques.
3.Contrôles avancés (par exemple, le contrôle vectoriel) :
Ils offrent une régulation optimale de la vitesse et du couple dès le démarrage.

Ces solutions permettent de réduire les contraintes mécaniques et électriques, de minimiser les
courants de démarrage et de garantir une meilleure fiabilité et durabilité des systèmes.