Machines

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Machines à courant continu

• E. MATAGNE
• ernest.matagne_at_uclouvain.be

2
Introduction
3

• Il est pratique de disposer de machines pouvant
  fonctionner en courant continu (DC) car cela
  permet deffectuer plus facilement des connexions
• avec dautres machines du même type sans
  soccuper de formes donde
• avec des dispositifs naturellement DC, comme les
  piles, les piles à combustible, les bacs à
  électrolyse, les accumulateurs, les modules
  photovoltaïques, les dispositifs électroniques

4
Il existe bien quelques dispositifs
 spontanément  DC.
Roue de Barlow (1822) Selon les historiens, ce
nest pas le premier moteur électrique puisquil
ny a pas de poulie !
5
On calcule la force sur un conducteur par la
règle Bli . Donc, dans ce cas,
Note même si les filets de courants ne sont pas
radiaux, le même résultat reste correct pourvu
que le champ B soit uniforme.
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Le dispositif est réversible Historiquement, son
utilisation en génératrice a été découverte
indépendamment.
Disque de Faraday (1831)
7
La force électromotrice comporte, outre la chute
ohmique Ri, un terme de glissement. Pour un
conducteur se déplaçant dans un champ constant,
on peut appliquer la règle Blv
(même si le circuit se subdivise en filets qui ne
sont pas radiaux, le résultat reste le même
pourvu que le champ B soit uniforme.) On obtient
8
En régime, on a Donc
Le coefficient de couplage électromécanique est
le même dans les deux équations, ce qui est
normal pour arriver à un bilan dénergie correct.
9
En posant on obtient
(facteur de couple)
Si on exprime la vitesse en tours par minutes
(N), on peut écrire
où
10
Nous avons ajouté un indice  a  pour le cas où
le dispositif comporterait, à la place dun
aimant permanent, un inducteur  f . Comportement
simple, facile à maîtriser. Formules à retenir !
Malheureusement, les machines dérivées de ces
dispositifs ne peuvent fonctionner quavec de
faibles tensions car le conducteur actif ne
traverse quune seule fois le champ magnétique.
Leur avantage est une résistance faible, mais il
faut pour en profiter réaliser les contacts
glissants dune façon très soignée (bain de
mercure sur toute la périphérie ). Elles ne sont
utilisées donc utilisées que très rarement. On
peut cependant réaliser des machines présentant
le même comportement simple, mais avec plus de
souplesse dans le choix des niveaux de tension et
de courant. Nous allons voir comment.
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On préfère utiliser des circuits ordinaires
(filiformes) car on peut alors former des
enroulements composés dun grand nombre de
spires, donc obtenir des tensions plus
élevées. Malheureusement, les circuits filiformes
ne permettent pas dobtenir des tensions induites
dc. On a en effet
Or, le terme de tension induite ne peut avoir de
composante continue que si y tend vers linfini,
ce qui est physiquement impossible.
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Pour pouvoir utiliser des circuits filiformes,
dont les grandeurs sont alternatives, et obtenir
des grandeurs continues aux bornes de la machine,
il faut donc convertir les grandeurs de AC en
DC. La conversion AC/DC peut se faire de façon
mécanique ou électronique. Différents systèmes
mécaniques ont été essayés historiquement. La
structure qui sest imposée est celle où
lenroulement AC (induit) se trouve au stator, le
stator servant à obtenir un champ immobile
cest donc une structure inversée par rapport à
lalternateur normal. Le fait de mettre au rotor
le circuit qui intervient dans la conversion
dénergie ne se justifie que parce que cela
permet de simplifier la structure du
convertisseur AC/DC qui y est associé.
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Le collecteur est un dispositif qui effectue
automatiquement le changement de sens des
connexions au moment favorable. Sur la figure
ci-contre, le flux  passe mal  su stator au
rotor.
De plus, avoir un collecteur à deux lames pose
beaucoup de problèmes au moment de la
commutation, on a un instant de circuit ouvert
(étincelles !) ou de court-circuit (gênant si
machine connectée à une source de tension). Dans
le cas dun moteur, il existe des positions pour
lesquelles on na pas de démarrage.
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Améliorations Géométrie des pôles La navette
siemens Inconvénient fort couple réluctant
Régularité de la tension et du couple Avec
trois lames et trois bobines, cest déjà mieux.
Cependant, la tension induite est encore fort
irrégulière, de même que le couple. On est donc
allé plus loin dans la multiplication du nombre
de bobines. Le rotor devient alors magnétiquement
lisse (nombreuses petites encoches).
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Le stator sert à obtenir le champ magnétique. On
lappelle linducteur. Il peut comporter des
aimants ou un bobinage parcouru par un courant
continu. En pratique, linducteur a une forme
compacte. Mis à part sa situation au stator, il
est comparable à linducteur dune machine
synchrone à aimants ou à pôles saillants. Le
rotor, appelé  induit , est lisse comme
linduit des machines AC (sinon, fort couple
réluctant).
Le rotor comporte un grand nombre de circuits
élémentaires nommés  sections .
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Quelle est la forme idéale pour les pôles,
pour le bobinage de linduit ? Pour répondre à
cette question, considérons une section placée
dans deux petites encoches.
On souhaite avoir la tension moyenne la plus
élevée possible. Or
Le signe (sens du circuit) doit être changé par
le collecteur quand cette tension sannule, donc
quand le flux y est maximum.
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Soit, avec la symétrie habituelle
Le but est donc dobtenir le flux le plus élevé
possible. On choisit un entrefer dépaisseur
minimum sur toute la surface des pôles
(contrairement à ce que lon fait dans le cas des
machines synchrones, car il ny a plus de raison
dobtenir un champ sinusoïdal).
En labsence de courant induit, la forme du champ
dentrefer est donc celle représentée ci-contre.
18
Exemple de calcul approché du flux (machine à 1
paire de pôles)
Doù le flux par pôle
Sur une section de n1 spires , on a Sur
linducteur, on a
On en déduit
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Compte tenu du  trou  entre les pôles, il nest
pas nécessaire que les conducteurs aller et
retour soient décalés dun pas polaire complet
( pas diamétral ). On peut avoir un  pas
raccourci . Lallure du flux encerclé est
représentée ci-contre dans le cas dune machine à
pas diamétral (les angles sont écornés dans le
cas dune machine à pas raccourci).
20
En réalité, il y a un grand nombre sections
identiques, mais décalées lune par rapport à
lautre, de sorte que toute la surface du rotor
est couverte dencoches contenant les conducteurs
de ces sections.
21
Les sections ne sont pas connectées en étoile (il
faudrait des balais très large pour couvrir
toutes les lames), mais en polygone. Cette figure
montre comment les sections sont disposées dans
le cas dune machine à une paire de pôles et à
pas diamétral chaque section est connectée
entre deux lames de collecteur voisines.
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On peut donc représenter les connexions entre les
sections comme indiqué sur la figure de droite
(le mode de connexion en polygone y apparaît
bien). Linduit est formé dans le cas considéré
de deux branchements comportant chacun une moitié
des sections. On peut considérer lensemble des
sections de linduit comme un seul circuit, le
 circuit dinduit , dont la position est liée à
celle des balais. La figure de droite illustre
cette idée. Les grandeurs relatives au  circuit
dinduit  sont repérées par la lettre
 a . Note linduit est en quadrature
magnétique avec linducteur. Le couplage entre
les deux circuits est nul ! Ce fait est
dailleurs utilisé en pratique pour positionner
les balais.
23
(No Transcript)
24
(No Transcript)
25
Le problème de la commutation
26
Dans les sections en commutation, le courant doit
changer de signe en un temps court. En remplaçant
les balais ponctuels par des balais larges
couvrant plusieurs lames, Zénobe Gramme a laissé
au courant le temps de changer de
sens. Idéalement, lévolution du courant devrait
être linéaire pour garder une densité de courant
constante sous les balais.
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En pratique, il nen est pas ainsi à cause de
linductance des sections en commutation (qui
occasionne un retard dans lévolution du courant)
Sur la figure, nb est le nombre de branchements
(2 sur les figures précédentes) Pour obtenir une
commutation linéaire, la pente du courant doit
être proportionnelle à la vitesse de rotation
(car le temps disponible en dépend) et à la
valeur du courant dinduit ia . Solution bricolée
décaler les balais pour que les sections en
commutation reçoivent des pôles un flux variant
dans le temps. La force électromotrice induite
dans ces sections est bien proportionnelle à la
vitesse. Hélas, elle ne dépend pas du courant
dinduit. Le décalage des balais devrait donc
dépendre du courant, de sorte que lon doit en
pratique se contenter dun compromis.
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Meilleure solution munir le stator de pôles de
commutation, situés entre les pôles principaux,
et munis dun enroulement parcouru par le même
courant que linduit. Ces pôles doivent produire
un champ proportionnel au courant (donc entrefer
plus grand sous ces pôles pour réduire la
saturation magnétique). Grâce à ce champ, les
spires en commutation reçoivent un flux variable,
ce qui y induit la force électromotrice
nécessaire au retournement du courant. On arrive
ainsi à obtenir une bonne commutation à tous les
régimes.
29
Établissement des équations
30
En régime, la tension dinduit est égale à la
tension moyenne dune section, multipliée par le
nombre n2 de section par branchement.
31
où k est une constante qui ne dépend que de la
géométrie de la machine.
kF est essentiellement une fonction de if . Il
dépend aussi du courant dinduit ia à cause de la
saturation magnétique cet effet sappelle la
 réaction dinduit .
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La relation entre le flux et le courant
dinducteur a lallure dune courbe
dhystérésis. En fait, ce que lon appelle en
technique la caractéristique magnétique est
obtenue en portant en ordonnée le flux multiplié
par k et par la vitesse de rotation nominale (en
rad/s). On obtient ainsi en ordonnée la tension à
vide (en labsence de courant dinduit).
On remarque la présence dun flux rémanent.
33
Nous ne chercherons pas à établir directement
lexpression du couple. La conservation de
lénergie implique que lon ait Cem k F ia
34
Les équations dynamiques sont
Avec ya ya (ia,) ou ya (ia , if ) yf
yf (if,) ou yf (ia , if )
Soit, en régime permanent
35
deviennent dans le cas linéaire (sans saturation)
où r est la position du circuit dinduit
(cest-à-dire celle des balais)
36
Le problème de la réaction dinduit
37
Le courant ia modifie la répartition de champ
magnétique dans la machine. Cest ce que lon
appelle la réaction dinduit.
Les conducteurs de linduit situés sous un même
pôle sont tous parcours par un courant allant
dans le même sens. Ils tendent donc à faire
apparaître un champ de la forme représentée
ci-contre. Le champ principal traversant le pôle
est donc renforcé dun côté et affaibli de
lautre.
38
Si les balais sont bien placés, on sattend à ce
que la réaction dinduit nait pas deffet sur le
flux principal, donc sur la tension induite,
puisque les enroulements dinduit et dinducteur
sont alors en quadrature. Ce serait effectivement
le cas en labsence de saturation le courant
dinduit produirait un champ dentrefer ayant la
forme ci-dessous.
39
Ce champ sadditionne au champ associé à
linducteur dun côté du pôle, et sen soustrait
de lautre côté. La saturation réduit le champ à
lendroit où il est le plus fort, de sorte que le
flux total est réduit.
Quel que soit son signe, le courant dinduit
occasionne une diminution du flux principal.
40
Leffet de la réaction dinduit sur le flux
principal est en première approximation
quadratique en ia et linéaire en if .
41
En général, on veut combattre ce phénomène. Cela
se fait habituellement en limitant la dimension
des cornes polaires.
42
Pour de très grosses machines, on utilise parfois
un enroulement supplémentaire, lenroulement de
compensation (à ne pas confondre avec de circuit
des pôles de commutation). Lenroulement de
compensation est disposé dans de petites encoches
creusées à la surface des pôles. On peut ainsi
créer une  densité de courant  exactement
opposée à celle de linduit. Lenroulement de
compensation est mis en série avec linduit. Sa
résistance sajoute donc à Ra .
Nous verrons plus loin une troisième méthode,
celle de lenroulement compound.
43
La résistance dinduit
44
La résistance dinduit nest pas linéaire, à
cause du contact entre balais et lames de
collecteur. En fait, on a intérêt à considérer Ra
ia comme un tout fonction de ia . On ne peut pas
mesurer Ra avec un courant faible (ohmmètre, pont
de mesure DC) car on trouverait ainsi une valeur
beaucoup trop grande (la pente à lorigine).
Si on ne dispose que de dispositifs à faible
courant pour mesure Ra , il vaut mieux mesurer
directement la résistance entre les lames de
collecteur qui font face aux balais, et ajouter
au résultat la résistance des éléments en série
avec linduit, que lon mesure alors séparément,
ainsi que la contribution des contacts
lames-balais, que lon estime grossièrement dans
ce cas.
45
En première approximation, on peut distinguer
dans la fonction (Ra ia) un terme constant (dont
le signe dépend de celui de ia) et un terme
linéaire (Ra ia ) useuil sgn(ia) Ra diff
ia
46
Comportement des machines DC
47
Considérons dabord le cas où linduit et
linducteur sont alimentés par des circuits
distincts.
donc, éliminant ia
48
On peut régler la vitesse par le courant
dexcitation.
En augmentant le courant dexcitation, on diminue
la vitesse. Il nest pas possible de descendre
jusquà une vitesse nulle. Ce type de commande
nest donc possible que pour un petit ajustement
de la vitesse. On surdimensionne parfois
linducteur pour avoir une plage de réglage plus
grande.
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Le montage présenté ne peut pas être utilisé si
on coupe lalimentation de linducteur en ouvrant
le circuit, car linductance de linducteur
occasionne alors une surtension dangereuse.
A noter que la vitesse augmente lorsque le
courant dexcitation diminue. Il y a donc un
risque demballement en cas de  panne  du
circuit dinducteur lors dun fonctionnement à
faible charge (si la machine est chargée, il y a
moins de danger car le surcourant dinduit pourra
déclencher une protection).
50
On peut remplacer la résistance de réglage par un
dispositif électronique de puissance on
économise un peu dénergie et le réglage peut
être automatisé. On peut aussi combiner ce
réglage avec une résistance fixe qui garantit que
le courant if restera toujours suffisant pour
éviter lemballement. Un mode de commande plus
efficace consiste à effectuer la commande par la
tension dinduit. On a en effet
Raia étant normalement petit, la vitesse est à
peu près proportionnelle à la tension ua . Cette
méthode est plus coûteuse puisque la puissance à
commander est beaucoup plus grande (cest toute
la puissance du moteur). On utilise donc
normalement pas de résistances pour réaliser
cette commande, mais un dispositif électronique
de puissance.
51
Si la tension dinduit nest pas commandée en
fonctionnement normal, on utilise néanmoins une
résistance pour limiter le courant de démarrage,
qui vaudrait sinon U/Ra au démarrage, soit
beaucoup plus que le courant nominal puisque RaIa
est normalement petit. Leffet de Rd est
daugmenter la valeur de Ra à mettre dans les
équations
52
On passe dun fonctionnement en moteur à un
fonctionnement en génératrice en changeant le
signe du couple
53
Si on réalise une commande par la tension
dinduit, on peut changer le sens de rotation de
façon progressive, donc utiliser les 4 quadrants
du diagramme Cem-wm .
54
Dans beaucoup de cas, linducteur est prévu pour
pouvoir être connecté en série avec linduit. On
parle alors de moteur DC série (le fonctionnement
en dynamo est impossible si la charge se comporte
comme une source de tension car il est alors
électriquement instable).
On obtient les équations de cette machine en
ajoutant à Ra la résistance de linducteur série,
et en identifiant ia et if .
55
Lavantage de ce moteur est que, quand le couple
demandé est élevé, le courant dexcitation croît
automatiquement. La caractéristique
couple-vitesse est la représentée
ci-contre. Linconvénient est un risque
demballement en cas de disparition de la charge
mécanique. Il est utilisé en traction sur des
véhicules sans embrayage !
56
En labsence de convertisseur électronique, le
démarrage dun moteur série peut se faire en
utilisant une résistance de démarrage.
57
Dautres machines sont concues de façon à ce que
linducteur puisse être connecté en parallèle sur
linduit. On parle alors de machine DC
shunt. Dans le cas dun moteur shunt alimenté par
une source de tension, létude faite pour la
machine à excitation indépendante peut être
reprise telle quelle.
La dynamo shunt devrait faire lobjet dune
étude, mais elle nest pratiquement plus
utilisée. Alors
58
Certaines machines comportent, outre linducteur
principal de type shunt ou indépendant, un
inducteur auxiliaire de type série. On parle de
machine compound quand linducteur auxiliaire
renforce le flux (utile pour compenser la chute
de tension ohmique dune dynamo en charge ou pour
compenser la réaction dinduit). On parle de
machine anticompount quand linducteur auxiliaire
réduit le flux (utile pour compenser la chute
ohmique dun moteur en charge).
59
Les différentes connexions du circuit
dexcitation sont donc les suivantes
Indépendante Série
Shunt Compound (concordant ou anticompound)
60
Normalisation des sens de référence La vitesse de
rotation est positive si elle est antihorlogique
lorsque lon regarde la machine par lextrémité
où se trouve le collecteur. Les bornes de
linduit sont repérées par les lettres A - B
Les bornes dun inducteur shunt C - D Les
bornes dun inducteur série ou compound . E -
F Les bornes du circuit de commutation G -
H Les bornes dun inducteur à excitation
indépendante I - J Le courant est positif
quand il entre par la première des lettres de la
paire (A, C, E, G ou I). La tension est positive
si le potentiel de la première lettre (A, C, E, G
ou I) est supérieur à celui de la seconde (B, D,
F, H ou J).
61
Moteur série monophasé(dit  moteur universel )
62
Le moteur DC a lavantage de la simplicité. En
outre, le moteur DC série a une caractéristique
couple-vitesse intéressante pour certaines
applications (couple élevé à faible vitesse,
décroissant progressivement à vitesse
croissante). Au contraire, les machines AC
classiques nécessitent une alimentation triphasée
et fonctionnent à vitesse constante (machine
synchrone) ou quasi-constante (machine
asynchrone). Il est donc fréquent de souhaiter
utiliser un moteur DC même lalimentation dont on
dispose est AC. On pourrait dans ce cas utiliser
un redresseur, mais il existe une autre
possibilité, encore très utilisée aux petites
puissances le moteur série monophasé.
63
Principe
Dans une machine DC, si on change à la fois le
sens du courant dinduit et du courant
dinducteur, le couple garde le même signe,
puisque lon change alors à la fois le signe du
flux et du courant dinduit, et que le couple
dépend du produit de ces grandeurs. On pourrait
donc penser quil est possible dalimenter un
moteur shunt ou un moteur série en courant
alternatif. En fait, ce nest pas indiqué pour un
moteur shunt parce que le courant dinducteur et
le courant dinduit évolueraient selon des
rythmes différents le courant dinducteur
serait à peu près en quadrature avec la tension,
le courant dinduit serait très déformé. On
aurait un couple très faible malgré des pertes
élevées. Le moteur série ne présente pas cette
difficulté puisque les courants dinduit et
dinducteur sont identiques. Son fonctionnement
en AC nest cependant pas sans problèmes.
64

• Problèmes du moteur série monophasé
• Le champ étant alternatif, il y a apparition de
  pertes magnétiques (par hystérésis et par
  courants de Foucault). Linducteur doit donc
  impérativement être feuilleté. Le rendement est
  affecté, puisque ce moteur a des pertes
  magnétiques aussi bien à linducteur quà
  linduit.
• Puisque les flux dinducteur et dinduit sont
  alternatifs, il apparaît dans ces enroulements
  des chutes de tension inductives. Le facteur de
  puissance (cos j ) du moteur risque donc den
  être affecté. Par contre, la réduction du courant
  de démarrage qui résulte de ce phénomène peut
  être intéressante.
• Les conditions de commutation du moteur sont
  fortement modifiées on peut donc sattendre à
  des étincelles au collecteur, donc à des
  parasites HF et à une usure plus rapide des
  balais.
• Les mesures prises pour pallier ces problèmes
  nempêchent pas le moteur de fonctionner en
  courant continu. Pour cette raison, le moteur
  série monophasé est souvent appelé  moteur
  universel .

65
Circuit équivalent du moteur

• La tension du moteur universel se compose de
  plusieurs termes.
• Comme dans le cas du moteur DC, on a
• la force contre-électromotrice
• E kFwm K F N où k et K k p / 30
  dépendent du nombre de spires et de la géométrie
  de lenroulement dinduit,
• la vitesse de rotation N étant en tours / minute
  et wm en rad/s .
• les chutes de tension ohmiques Rs i et Ra i
• On a en outre
• les f.é.m. dues à la variation des flux
  dinducteur (désigné ici par la lettre s)
• principal Es - ns dF / dt et de fuite Esf -
  dYf / dt
• les f.é.m. dues à la variation des flux dinduit
• principal Ea - dYa / dt et de fuite Eaf -
  dYaf / dt

66
En supposant que tous ces flux sont
proportionnels au courant i , on peut prendre
leur effet en compte à laide dinductances Ls ,
Lsf , La , Laf . Dans ce cas, la grandeur E k F
N est, elle aussi, proportionnelle au courant (à
vitesse fixée, elle se comporte comme une
résistance !). Donc, tous les termes étant
linéaires, une tension dalimentation sinusoïdale
entraînera lapparition dun courant
sinusoïdal. On peut donc passer aux phaseurs, et
considérer au lieu des résistances des réactances
Xs , Xsf , Xa , Xaf .
67
Diagramme vectoriel et caractéristiques
Le diagramme phasoriel résulte immédiatement du
circuit équivalent. On a
Les chutes de tension résistives et inductives
sont proportionnelles au courant. E est
proportionnelle à la fois au courant et à la
vitesse.
68
Caractéristiques Négligeons les chutes de tension
Ra i et Rs i et posons F c i On obtient
aisément C k F i k c i2 et E K F N K
c N i Donc ltCgt k c I2 par la suite, on
nécrira plus le symbole lt gt
Lexpression du couple reste valable même si le
courant nest pas sinusoïdal cest la valeur
efficace du courant qui est importante.
69
On obtient aisément (voir équations ou circuit
équivalent)
où X Xs Xsf Xa Xaf
On peut écrire I en fonction de la tension U et
de la vitesse N
Sur la figure, on a porté le cos j et la
caractéristique du même moteur en DC. Les cos j
est mauvais aux vitesses moyennes et faibles.
La réactance X permet de limiter le courant à
faible vitesse, mais elle détériore le cos j .
70
En portant lexpression de I dans celle du
couple, on obtient aussi
71
Commutation
Le problème de la commutation est plus difficile
que dans les machines DC. Dans une machine DC, la
section en commutation est soumise à une f.é.m.
qui ne dépend que du champ à lendroit où se
trouvent ses conducteurs. Cette f.é.m. est faible
car les conducteurs de la section en commutation
se trouvent entre deux pôles. Dans le cas du
 moteur universel , la section en commutation
est le siège dune f.é.m. due au fait que le flux
encerclé (tout le flux F dun pôle) est
alternatif (f.é.m. induite par effet
 transformateur ).
En labsence de mesures spéciales, le rendement
souffre de la mauvaise commutation. Hélas, la
plupart des mesures que lon peut prendre pour
améliorer la commutation ont un effet défavorable
sur les pertes ohmiques de linduit, comme nous
le verrons plus loin.
72
Commande de vitesse
Le fonctionnement du moteur universel est peu
affecté par une distorsion de la forme donde
cest essentiellement la valeur efficace de sa
tension dalimentation qui détermine son
comportement (pour rappel, le couple dépend du
carré du courant efficace). Il peut donc être
commandé dune façon très économique à laide
dun triac grâce auquel on napplique au moteur
quune fraction de chaque alternance de la
tension. Ce procédé est utilisé notamment dans
certains lave-linge (il permet dobtenir
plusieurs vitesses de lavage et dessorage).
73
Note sur les applications de puissance
Le  moteur universel  nest plus guère utilisé
que pour de petites puissance (électroménager).
Il a pourtant par le passé été utilisé en
traction.
Cela implique une amélioration de la commutation.
Pour cela, il faut munir la machine de pôles de
commutation. Le rôle de ces pôles est double. Non
seulement le champ quils produisent doit faire
apparaître dans la section en commutation une
f.é.m. qui va y inverser le sens du courant
(comme dans une machine DC classique), mais cette
f.é.m. doit aussi compenser la f.é.m. induite
dans la section en commutation par effet de
transformateur. Pour cela, leur enroulement doit
être parcouru par un courant déphasé par rapport
au courant dinduit. On peut y arriver en
shuntant les pôles de commutation par une
résistance ou un condensateur, la compensation
est alors bonne pour toutes les valeurs du
courant, mais, contrairement au cas des moteurs
DC, elle nest bonne quà une seule vitesse ! On
doit donc prendre dautres mesures (voir dia
suivante)
74
Un autre moyen est de réduire le flux F de
linducteur en diminuant son nombre de spires
et en augmentant en augmentant pour garder le
même couple le nombre de spires de linduit. La
machine est alors sujette à la réaction dinduit,
ce que lon doit pallier par un enroulement de
compensation. Pour que lon améliore la
commutation par ce procédé, il faut que
laugmentation du nombre de spires de linduit se
fasse en gardant le même nombre de spires par
section, donc en augmentant le nombre de
sections. Linduit obtenu est plus compliqué, a
plus de conducteur passifs, est en série avec un
enroulement de compensation et donc a des pertes
ohmiques plus élevées. Lutilisation dun moteur
universel à puissance élevée implique aussi une
amélioration du cos j . La réduction du nombre de
spires de linducteur et lajout dun circuit de
compensation ont pour effet de réduire
respectivement linductance de linducteur et
celle de linduit. La réduction des inductances a
pour conséquence lamélioration du cos j , mais
le courant de démarrage est plus grand. Il faut
limiter le courant de démarrage (ce qui est de
toute façon nécessaire en traction pour éviter
les à-coup de couple) en réduisant la tension, ce
qui peut se faire par un transformateur puisque
lon est en AC.
75

• Ainsi, le rendement du  moteur universel  à 50
  Hz est toujours médiocre.
• Il a des pertes magnétiques aussi bien à
  linduit quà linducteur,
• Ses pertes dinduit sont plus élevées soit à
  cause de la mauvaise commutation, soit parce que
  les mesures prises pour améliorer la commutation
  augmentent les pertes Joule.
• Ces problèmes peuvent être atténués en utilisant
  une fréquence plus faible. Cest pour cette
  raison que le réseau de chemin de fer allemand
  utilise une fréquence f 50 Hz / 3 16.666 Hz.
  Malheureusement, quand la fréquence est faible,
  la taille des transformateurs et dautres
  dispositifs augmente.

76
Conclusion
Lutilisation en AC de moteurs universels reste
intéressante pour de petites puissances. Pour les
applications de puissance, il est handicapé par
ses difficultés de commutation et son rendement
médiocre, des inconvénients que lon ne peut
atténuer quau prix de lutilisation dun réseau
de transport dénergie à fréquence plus faible.
Lélectronique de puissance a fait apparaître des
solutions plus intéressantes, et donc conduit à
labandon de ces machines pour les applications à
puissance élevée.