Utilisation de moteurs à courant continu dans les mines: exploitation, inspection et maintenance

Après avoir lu cet article, vous apprendrez: - 1. Introduction au moteur à courant continu utilisé dans les mines 2. Batteries de locomotive d’un moteur à courant continu 3. Station de charge d’un moteur à courant continu 4. Pièces détachées 5. Fonctionnement 6. Types 7. Démarrage d’un moteur à courant continu Moteur 8. Freinage électrique 9. Moteurs à enroulement à courant continu 10. Inspection et maintenance des moteurs à courant continu 11. Tableaux de localisation des pannes.

Contenu:

Introduction au moteur à courant continu utilisé dans les mines
Batteries de locomotive d'un moteur à courant continu
Station de charge d'un moteur à courant continu
Parties d'un moteur à courant continu
Fonctionnement d'un moteur à courant continu
Types de moteurs à courant continu
Démarrage d'un moteur à courant continu
Freinage électrique
Moteurs à enroulement DC
Inspection et maintenance des moteurs à courant continu
Tables de recherche de pannes

1. Introduction au moteur à courant continu utilisé dans les mines:

Dans le sous-sol, la plupart des locomotives électriques utilisées sont alimentées par des moteurs à courant continu alimentés par une batterie secondaire. On utilise généralement des moteurs à courant continu de la série, car leurs armatures sont couplées en permanence aux roues motrices pour éviter toute possibilité de course à vide.

La plupart des locomotives ont deux moteurs d'entraînement, un à chaque extrémité; sur certaines locomotives, deux moteurs sont connectés en série, sur d'autres, ils sont connectés en parallèle.

Chaque moteur est équipé d'une batterie de résistances de démarrage et le conducteur les éteint progressivement en tournant sa manette de commande jusqu'à ce que toutes les résistances soient hors circuit lorsque la locomotive roule à pleine vitesse. Le conducteur utilise les mêmes résistances pour contrôler la vitesse des locomotives.

2. Batteries de locomotive d'un moteur à courant continu:

Les batteries transportées par une locomotive sont du type acide au plomb. Lorsqu'elles sont complètement chargées, les batteries doivent stocker suffisamment d'énergie pour conduire la locomotive pendant une période minimale de trois à cinq heures. En fait, les batteries ayant la capacité requise sont nécessairement encombrantes et constituent généralement une grande partie de la locomotive.

3. Station de charge d’un moteur à courant continu:

Lorsque la charge utile des batteries est presque épuisée, la locomotive est amenée à une station de charge souterraine afin que les batteries puissent être chargées. Les batteries reposent sur une plate-forme sur le châssis de la locomotive. Pour certains types de locomotives, la plate-forme est équipée de rouleaux permettant de placer les batteries de manière similaire sur une plate-forme située à côté de la locomotive.

Les batteries peuvent aussi être chargées et déchargées au moyen de sangles ou de courroies. Au poste de charge, les batteries sont chargées et reçoivent toute l’attention dont elles ont besoin.

La charge des batteries est soigneusement contrôlée afin de minimiser le taux de production d'hydrogène. Au début de la période de charge, un courant de charge important passe dans la batterie. Après une période d'environ cinq heures, le gazage commence et, si le taux de charge élevé était maintenu, des quantités dangereuses d'hydrogène seraient émises.

La charge est donc complétée par un courant réduit. L’hydrogène est produit pendant toute la période de charge en courant réduit, mais le courant de charge est soigneusement réglé pour minimiser l’engrenage. La ventilation de la station de charge est soigneusement contrôlée pour éviter toute accumulation d'hydrogène. La durée totale de chargement d’une batterie de locomotive est de huit à dix heures.

4. Parties d’un moteur à courant continu:

Les deux parties principales d’un moteur à courant continu sont une partie tournante appelée armature et une partie fixe appelée champ. De plus, il y a un commutateur monté sur l'arbre d'induit, à travers lequel un courant est fourni à l'enroulement d'induit, ainsi qu'un ensemble de balais qui entrent en contact avec le commutateur et complètent un circuit vers l'induit.

Voyons maintenant quelles sont les parties importantes des moteurs à courant continu. Une brève description est donnée ci-dessous:

(1) armature:

L'armature est constituée d'un noyau cylindrique constitué de tôles minces en fer doux et monté sur un arbre en acier. L'armature porte un enroulement dont les conducteurs sont généralement posés dans des fentes longitudinales creusées dans la surface extérieure de l'âme. Les conducteurs individuels sont isolés les uns des autres et du noyau.

Ils sont généralement maintenus en place par des cales en bois ou en un isolant moulé tel que de la bakélite Prespahn qui scelle les extrémités ouvertes des fentes. Les enroulements et les coins de fentes sont maintenus en place par des bandes de fils d'acier ou de bandes d'acier pour les empêcher de s'envoler lorsque l'armature tourne à grande vitesse, comme illustré à la Fig. 16.1. L'arbre d'induit est supporté par un palier aux deux extrémités et scellé avec des capuchons intérieur et extérieur.

(2) Commutateur:

Le commutateur est constitué d’une partie ronde constituée de segments de cuivre, isolés les uns des autres par de fines feuilles de mica de la meilleure qualité. Les segments sont généralement maintenus en place par deux virages installés serrés à l’aide de boulons ou d’un écrou à disque, comme illustré à la Fig. 16.2.

La surface du collecteur rond est usinée pour obtenir une finition très lisse, de sorte que les balais portant sur sa surface puissent établir un bon contact électrique, car l'induit tourne, avec le moins de frottement possible, de vibrations et de balancements. Chaque segment du commutateur est connecté à un point de l'enroulement d'induit.

Le noyau de l'induit a généralement un diamètre supérieur à celui du commutateur et les connexions sont donc réalisées par des barres de cuivre émises par le commutateur. Les connexions sont appelées colonnes montantes de commutateur ou radiales de commutateur.

(3) joug de champ:

Le champ est constitué d'enroulements conçus pour créer un champ magnétique statique intense lorsqu'il est connecté à l'alimentation. Les enroulements sont en réalité placés dans un cylindre creux ou une culasse. Des pièces de poteau, ou semelles de poteau, constituées de tôles de fer doux, sont boulonnées à l'intérieur de la chape et le bobinage est constitué de bobines enroulées autour des pièces de poteau.

La Fig. 16.3 montre la culasse avec champ d'un moteur à courant continu. La figure donne une vue isométrique simple d'un joug.

(4) vitesse de brosse:

Dans un moteur à courant continu, le courant est fourni à l'induit par des balais en carbone qui prennent appui sur la surface du collecteur. Une brosse est généralement de section rectangulaire et son extrémité est calée sur l’arc du commutateur afin de garantir une surface de contact maximale et, partant, une résistance de contact minimale.

La figure 16.4 (a) montre un balai de charbon. Les brosses sont maintenues dans un porte-balais ouvert (ou des boîtes à balais) dans lequel elles s’ajuste parfaitement, mais sont libres de glisser. Un ressort, ou levier à ressort, prend appui sur l'extrémité supérieure de la brosse en maintenant la brosse en contact avec la surface du collecteur.

La pression exercée par le ressort est suffisante pour maintenir un bon contact électrique entre la brosse et le commutateur et pour empêcher la brosse de rebondir. La figure 16.4 (b) montre la brosse dans un porte-brosse, pour référence ultérieure.

Chaque brosse est connectée à une borne fixe par un connecteur en tresse de cuivre flexible. Une extrémité du connecteur est encastrée dans la partie supérieure de la brosse et l’autre extrémité est dotée d’une étiquette de terminal qui permet de le fixer au terminal.

Généralement, les brosses sont divisées en un certain nombre de jeux. Un ensemble sur un petit moteur peut consister en un seul balai, mais sur une machine plus grande, un ensemble sera constitué de deux balais ou plus, en contact avec le commutateur dans la même position radiale.

Les ensembles de brosses sont montés dans un anneau de brosse isolé qui est boulonné à la chape ou au carter du moteur. Le nombre de jeux de balais requis par un moteur dépend de la manière dont l'armature est enroulée. Deux types d’enroulements d’armature sont couramment utilisés: l’enroulement par recouvrement et l’enroulement par vagues.

Enroulement de recouvrement:

Dans ce type, les conducteurs sont enroulés sur eux-mêmes, formant une série de boucles (ou "tours" comme on l'appelle vaguement) ou de tours autour de l'induit, les boucles adjacentes étant connectées à des segments de commutateur adjacents.

Le nombre de chemins de courant dans l'enroulement d'induit est égal au nombre de pôles principaux dans le champ, de sorte que le moteur possède le même nombre de jeux de brosses que les pôles de champ. Les brosses sont équidistantes autour du commutateur et connectées aux lignes d’alimentation positive et négative.

Enroulements de vagues:

Dans ce type de bobinage, les conducteurs sont enroulés vers l'avant en ondes autour de l'armature (et donc du nom d'enroulement d'onde), de sorte que chaque conducteur "visite" tour à tour chaque pôle du champ. Il n'y a que deux chemins de courant dans l'enroulement d'induit, de sorte que la machine n'a besoin que de deux jeux de brosses, quel que soit le nombre de pôles de champ.

L'espacement des jeux de brosses dépend ^- du nombre de pôles; sur une machine à quatre pôles, les jeux de brosses seraient placés à angle droit.

5. Fonctionnement d'un moteur à courant continu:

Nous savons d'après le premier principe qu'un conducteur transportant un courant et placé dans un champ magnétique aura tendance à se déplacer dans tout le champ magnétique. La direction du mouvement dépend de la direction du courant dans le conducteur et de la polarité du champ, conformément à la règle des moteurs de la main gauche de Fleming.

En fait, la force du champ magnétique et la force du courant circulant dans le conducteur déterminent ensemble la force de la force agissant sur le conducteur.

Dans un moteur à courant continu, un champ magnétique fixe est produit par le courant circulant dans les enroulements du champ. Les conducteurs dans l'armature qui se trouvent sous les pièces polaires du champ sont donc dans un champ magnétique intense. Si un courant circule dans ces conducteurs, une force agit sur eux.

La direction du courant dans les conducteurs peut être définie de manière à ce que les forces agissent dans le même sens autour de l'induit. Un couple est ensuite développé qui fait tourner l'armature. Ceci, en fait, est la description la plus simple. Pour plus de détails, on peut se référer aux livres traitant abondamment de la théorie.

Commutation:

Pendant la révolution de l'induit, des circuits sont établis en tout point à travers l'enroulement de l'induit, à partir des segments du collecteur en contact avec les brosses positives, des conducteurs situés immédiatement sous les pôles, jusqu'aux segments en contact avec les brosses négatives. Lorsque l'armature tourne, de nouveaux conducteurs passent sous chaque pôle et de nouveaux segments entrent en contact avec chaque jeu de brosses.

Lorsqu'un conducteur s'éloigne d'un pôle nord, par exemple, le circuit qui le traverse est interrompu par les segments du collecteur qui passent sous les balais. Alors que l'armature continue à tourner, ce conducteur passe ensuite sous un pôle sud. Un même circuit est à nouveau complété par les mêmes deux segments de commutateur placés sous des balais de polarité opposée.

Le courant traverse le conducteur dans la direction opposée. Le conducteur continue donc à développer un couple dans la même direction. Les conducteurs passant alternativement sous des pôles de polarité opposée, chaque conducteur est en effet parcouru par un courant alternatif.

Le but de la commutation est de maintenir les chemins de courant du bobinage d'induit stationnaires dans l'espace aussi loin que possible, pendant que l'induit lui-même tourne afin que le couple se développe continuellement. La Fig. 16.5 illustre ce point. Notez cependant que la disposition de l'armature a été simplifiée pour faciliter l'illustration et ne présente pas de bobinage d'induit opérationnel.

Inversion de rotation:

Le sens de rotation du moteur est inversé en inversant les connexions au champ ou aux balais. Le sens de rotation reste le même si les deux ensembles de connexions sont inversés.

Retour EMF:

Lorsque l'induit tourne dans le champ magnétique, emfs est induit dans ses conducteurs en raison du mouvement relatif entre les conducteurs et le champ. La force électromotrice induite à n'importe quel moment dans un conducteur quelconque s'oppose au courant qui la fait traverser. La force électromotrice induite est donc un dos fém

Les emfs arrière dans les conducteurs individuels forment ensemble une emf arrière d'armature, opposée à la tension d'alimentation connectée aux balais. La force du dos emf dans l'armature est proportionnelle à la force du champ et à la vitesse de rotation de l'armature. La résistance de l'enroulement d'induit étant faible (généralement inférieure à 1, 0 ohm), le facteur de force électromagnétique est le principal facteur de limitation du courant dans le circuit d'induit.

La vitesse:

Lorsque le moteur est en marche, le courant d’entraînement à la différence de potentiel dans l’enroulement de l’armature correspond à la différence entre la tension d’alimentation à travers les balais et la force arrière totale de l’induit. Pour que le moteur entraîne sa charge, le courant circulant dans l'armature doit être suffisant pour produire le couple nécessaire. Par conséquent, la vitesse à laquelle le moteur tourne est celle à laquelle la force électromotrice arrière ne laisse que suffisamment de courant pour traverser l'induit, afin de produire le couple nécessaire pour entraîner la charge.

Cependant, la vitesse est considérablement affectée par divers facteurs énumérés ci-dessous:

1. charge:

Si la charge augmente et que le couple produit est insuffisant pour l'entraîner, l'armature ralentit. À une vitesse plus lente, la force électromagnétique arrière est réduite et davantage de courant circule, de sorte qu'un couple accru est généré pour entraîner la charge supplémentaire. Inversement, si la charge est réduite, un couple plus faible, et donc moins de courant, est nécessaire pour l'entraîner. L’armature s’accélère ensuite et finalement augmente le dos.

2. Tension appliquée à l'armature:

Le courant circulant dans l'armature est proportionnel à la différence entre la tension appliquée et la tension de la force électromotrice inverse Si la tension appliquée à l'armature est augmentée, la différence entre celle-ci et la force électromotrice arrière augmente, de même que le courant circulant dans l'armature.

La vitesse de l'induit augmente, rétablissant la différence entre la tension appliquée et le facteur de force inversé. Inversement, si la tension appliquée à l'induit est diminuée, l'induit ralentit de sorte que le facteur de force arrière soit réduit.

3. Force du champ:

Si la force du champ augmente, le facteur de force arrière induit quelle que soit la vitesse de rotation augmente. Le courant d'induit diminue et le couple diminue également. Pour piloter sa charge, l'armature doit donc tourner plus lentement. Inversement, si la force du champ est réduite, le facteur de force arrière à n'importe quelle vitesse de rotation est réduit et le courant d'induit augmente.

Le moteur a donc tendance à entraîner sa charge plus rapidement si l'intensité du champ est réduite. Cependant, comme le couple dépend à la fois de la force du champ et de la force du courant d'induit, il faut plus de courant dans l'induit pour entraîner une charge donnée, si l'intensité du champ est réduite.

4. réaction d'induit:

Lorsqu'un moteur est en marche, le courant circule dans les enroulements de l'induit et crée un champ magnétique. La force du champ d'induit dépend de la force du courant circulant dans l'induit et donc du couple exercé par le moteur.

Le champ créé par l'armature est stationnaire dans l'espace mais sa polarité ne coïncide pas avec la polarité du champ principal. Le champ effectif dans lequel court l'armature est la résultante du champ principal et du champ d'induit, comme indiqué à la Fig. 16.6.

L'axe de polarité du champ résultant ne coïncide pas avec l'axe des pièces de pôles mécaniques et sa position varie en fonction de la charge entraînée par le moteur. La distorsion du champ effectif du moteur est appelée réaction d'induit.

5. Position du pinceau:

Les brosses doivent être placées autour du commutateur de manière à ce que le sens du courant dans chaque conducteur soit modifié tandis que ce conducteur est au neutre entre deux pièces. Si la position de la brosse est incorrecte, le changement de direction du courant se produit sous un pôle; de sorte que, pendant une partie du temps, le conducteur est sous un pôle, le courant circule dans la mauvaise direction.

De fortes étincelles se produisent au niveau des brosses et le collecteur est susceptible de se charger en conséquence. Les pôles sous lesquels passent les conducteurs sont les pôles du champ magnétique effectif et non les pièces polaires physiques de l'enroulement du champ.

Le champ magnétique effectif est la résultante entre le champ magnétique produit par les enroulements de champ et celui produit par l’induit. La position précise des pôles effectifs, et donc la position correcte des brosses, est par conséquent déterminée par la force du courant d'induit.

Étant donné que la force du courant d'induit est déterminée par la vitesse du moteur et de la charge entraînée, la position précise des pôles effectifs, et donc la position correcte de la brosse, dépendent également de la vitesse et de la charge. Un moteur à courant continu, tel que décrit jusqu'à présent, avec des balais dans une position fixe, pourrait donc fonctionner efficacement à une seule vitesse et charge.

6. Brosse à bascule:

Une méthode permettant d’adapter le changement de position du champ résultant consiste à déplacer les balais sur l’anneau des balais pouvant être pivotés (ou basculés) autour de l’axe du collecteur. La position des balais peut donc être réglée pour la charge que le moteur entraîne.

Cette méthode ne convient que pour les moteurs utilisés pour entraîner une charge à vitesse constante et lorsque des changements de charge se produisent à des intervalles peu fréquents. Il ne convient pas aux moteurs destinés à fonctionner dans des conditions de charge et de vitesse variables et est rarement utilisé sur des machines modernes.

7. Interpôles:

Les moteurs conçus pour fonctionner à des vitesses variables ou pour supporter des charges très différentes sont généralement équipés d'interpôles, par exemple de petits enroulements disposés entre les pôles principaux du champ afin de stabiliser le champ résultant. Les inter-pôles créent un champ magnétique qui s'oppose à l'effet de la réaction d'induit.

Les enroulements sont connectés en série avec l'induit de sorte que la force du champ inter-pôle augmente ou diminue avec l'intensité de la réaction de l'induit. Les inter-pôles stabilisent le champ magnétique effectif sur une plage de charges et de vitesses. Une position de la brosse reste correcte sur cette plage afin que le moteur puisse commander des charges variables efficacement et sans étincelle au niveau des brosses.

6. Types de moteurs à courant continu:

Les enroulements de champ du moteur peuvent être connectés en série avec l'induit ou en parallèle avec celui-ci. Ces deux méthodes de connexion sur site produisent deux types de moteurs différents avec des caractéristiques différentes. Un troisième type de moteur combine leurs caractéristiques.

1. Moteur de shunt:

Les enroulements de champ sont connectés en parallèle avec l'induit, comme indiqué sur la Fig. 16.7. Le champ et l'armature sont donc connectés directement à l'alimentation. Le courant circulant dans les enroulements de champ est constant, de sorte que l'intensité du champ est également constante.

Le courant circulant dans l'induit, et donc la vitesse du moteur, dépend de la charge, mais la variation de vitesse nécessaire correspond généralement à un pourcentage relativement faible de la vitesse totale du moteur. Un moteur shunt est donc utilisé lorsqu'une vitesse presque constante est requise sur une large plage de charge.

2. Moteurs de série:

La figure 16.7 (b) montre que les enroulements induits sont connectés en série avec l'induit. Le courant de champ, et donc l'intensité du champ, est donc déterminé par le courant d'induit. Lorsque le courant d'induit est élevé, le champ est puissant et lorsque le courant d'induit est faible, le champ est faible.

La vitesse d'un moteur en série varie considérablement avec la charge. Lorsque vous conduisez une charge lourde, un courant important est requis. Le champ est naturellement fort, et un fort emf de dos est induit à une vitesse assez lente pour que l'armature tourne lentement. Sur des charges légères, un courant d'induit plus faible est requis pour que le champ soit faible.

L'armature atteint donc une vitesse élevée avant que le facteur de force arrière requis ne soit induit. Un moteur en série est utilisé pour le contrôle de la vitesse et un couple de démarrage important, par exemple dans un moteur de traction pour locomotive électrique. En fait, un moteur en série ne devrait jamais fonctionner sans charge car il risquerait de perdre la maîtrise de son contrôle et le châssis risquerait de se désintégrer et de causer de graves dommages à l'isolation.

3. Moteur composé:

Dans ce type de moteur, il existe deux enroulements inductifs, l'un en série avec l'induit et l'autre en parallèle, comme illustré à la Fig. 16.7 (c). Un moteur composé en fait peut, comme un moteur de série, exercer un couple important à faible vitesse, mais son enroulement de dérivation l'empêche de rouler à vide.

7. Démarrage d'un moteur à courant continu:

Certains moteurs shunt peuvent être démarrés en connectant l'alimentation directement au moteur. Les enroulements d'induit ont une très faible résistance, généralement inférieure à 1 ohm. Au moment du démarrage, il n'y a pas de tension arrière Si la tension d'alimentation totale est connectée à l'armature, un courant très important circule et l'armature peut s'éteindre avant de pouvoir commencer à tourner.

Une résistance est donc connectée en série avec l'induit pour limiter le courant au démarrage. La résistance est progressivement réduite au fur et à mesure de l'accélération du moteur et coupée complètement lorsque la vitesse de fonctionnement maximale est atteinte, comme illustré à la Fig. 16.8. Un moteur à enroulement en série ou composé peut toutefois être démarré par commutation directe, car la résistance combinée du champ en série et de l'induit est suffisante pour empêcher un courant dangereusement fort.

La résistance totale du moteur ne dépassera probablement pas quelques ohms, de sorte que le courant de démarrage sera plusieurs fois supérieur au courant à pleine charge. En conséquence, le couple de démarrage est très important, par exemple sept ou huit fois le couple à pleine charge, de sorte qu'une résistance de démarrage peut être nécessaire pour limiter ce couple, comme illustré à la Fig. 16.8. (b) La résistance diminue progressivement à mesure que le moteur accélère.

Contrôle de vitesse:

La vitesse d'un moteur shunt peut être réduite en utilisant les résistances de démarrage en série avec l'induit, comme expliqué à la Fig. 16.8 (a). En fait, dans cette méthode, une augmentation de la résistance en série diminue la vitesse du moteur et inversement. Cependant, la méthode utilisée par l'auteur pour contrôler la vitesse d'un moteur shunt consiste à connecter une résistance variable en série avec le champ, comme indiqué sur la figure 16.9. (une). Cette résistance est utilisée pour faire varier le courant de champ et donc la force du champ.

Toute augmentation de la résistance entraîne une augmentation de la vitesse du moteur (mais diminue la charge maximale que le moteur entraînera) et inversement. Pour un moteur en série ou composé, la vitesse est contrôlée par une résistance variable en série avec l'ensemble du moteur [voir Fig. 16.8. (b)] ou en parallèle avec le champ série [voir Fig. 16.9. (b)]. Une augmentation de la résistance diminue la vitesse du moteur et inversement.

8. Freinage électrique:

Les moteurs peuvent être utilisés pour appliquer un couple de freinage à la charge. Deux formes de freinage sont couramment utilisées: dynamique et régénératrice. Dans un freinage dynamique, le moteur sert de générateur et est conçu pour alimenter une charge à résistance. Ce pouvoir est dissipé sous forme de chaleur. Le freinage par récupération utilise le moteur en tant que générateur, mais réinjecte l'énergie électrique dans l'alimentation.

Le freinage dynamique est plus flexible que le freinage par récupération mais pose le problème de la dissipation de chaleur de la résistance. Il est moins efficace que le freinage par récupération et constitue la forme de freinage adoptée par de nombreux enrouleurs à courant alternatif. Le freinage par récupération est la forme utilisée sur les entraînements d’enrouleur à courant continu, l’énergie retirée de la mise au repos des convoyeurs étant renvoyée à l’alimentation.

9. Moteurs à enroulement CC:

Tout moteur à courant continu, utilisé pour entraîner un moteur à enroulement de houillère, doit être apte à fonctionner en marche avant ou en arrière et capable de produire un couple de sortie maximal à toutes les vitesses, de l'arrêt à la pleine vitesse.

La connexion des enroulements de champ sur un tel moteur diffère des types précédents et est la suivante: -

(a) Les bobines sur les pôles principaux sont similaires au type shunt mais sont connectées à une alimentation en tension constante séparée.

(b) Les inter-pôles sont connectés en série avec l'armature comme dans les types précédents.

(c) On utilise un enroulement compensateur constitué de barres de cuivre isolées, insérées dans les fentes des faces des pôles principaux, de manière à ce qu'elles soient aussi proches que possible de l'armature. Les extrémités de la barre sont reliées par un feuillard de cuivre formé et isolé pour donner un enroulement qui est connecté en série avec l'induit. Cet enroulement neutralise en outre les effets de la réaction d'induit décrits précédemment.

Ce type de moteur est généralement appelé "excité séparément" et, dans de petites limites (en raison de pertes et de baisses RI), est directement proportionnel à la valeur de la tension d'induit appliquée (et de sa polarité), à tous les couples de sortie de zéro à maximum. . Le couple de sortie est en fait proportionnel au courant d'induit. On verra que par la fourniture du courant d'induit à partir d'une source de tension variable, la vitesse du moteur peut être contrôlée.

Ce type de machines se prête admirablement à des tâches nécessitant un contrôle précis de la vitesse lors de l’accélération et du ralentissement dans les directions avant et arrière, telles que les enrouleuses de mines ou les laminoirs.

Il existe en fait deux méthodes courantes pour obtenir la tension continue variable permettant de contrôler la vitesse du moteur à courant continu, à savoir:

(1) le système Ward-Leonard, et

(2) Le système de redressement.

(1) Contrôle par le système Ward-Leonard:

Dans ce système, la tension variable est obtenue à partir d’un groupe électrogène constitué d’un moteur à courant alternatif à vitesse relativement constante (c’est-à-dire à induction alternée ou de type synchrone) couplé solidement et mécaniquement à un générateur à courant continu excité séparément. Le système est expliqué schématiquement à la Fig. 16.10.

Les bornes de sortie du générateur de courant continu sont couplées électriquement aux bornes d'entrée du moteur à courant continu pour former un circuit à boucle d'induit à courant fort. La vitesse et la direction du moteur à courant continu dépendent donc de la magnitude et de la polarité du champ du générateur de courant continu qui est contrôlé de manière appropriée par le mouvement du levier de commande du mécanisme de remontage.

Dans sa forme simple et originale, cette commande consistait en un circuit série alimenté en tension continue constante avec un rhéostat à résistance variable (actionné par le levier de commande), des contacteurs de courant de champ et des inverseurs (également sélectionnés par le levier) contrôlant le sens de flux de courant.

Le sens du courant dans le champ du générateur de courant continu détermine la polarité de la tension de sortie et donc le sens de rotation du moteur à courant continu. L'amplitude du courant de champ du générateur de courant continu détermine la tension de sortie et donc la vitesse du moteur à courant continu.

L'alimentation en courant continu à tension constante pour le champ de moteur à courant continu, le champ de générateur de courant continu et les circuits de commande est dérivée d'un excitateur à courant continu séparé qui peut faire partie du groupe générateur de moteur ou être entraîné séparément par un moteur à courant alternatif. Dans ce système de commande simple, toutefois, quelle que soit la valeur de la tension appliquée, la vitesse du moteur diminue légèrement avec l'augmentation de la charge. Elle est appelée système "à boucle ouverte".

Sur la plupart des enrouleurs Ward Leonard installés depuis la fin de la quarantaine, le contrôle a été effectué sur le système en boucle fermée. Avec ce système, il n’ya pas de variation de vitesse avec la charge. Cela est nécessaire pour le remontage automatique afin de garantir une pose précise des cages lors des atterrissages. En régulation en boucle fermée, une comparaison est établie entre la vitesse du moteur demandée par la position du levier du conducteur et la vitesse réelle du moteur.

Ceci est illustré à la Fig. 16.11. Bien entendu, le levier du conducteur commande un potentiomètre à partir duquel est obtenue une tension de référence proportionnelle au mouvement du levier et à la vitesse du moteur requise, c'est-à-dire une tension de référence de 100% à la levée maximale du levier nécessitant une vitesse de moteur de 100%, une référence de 50% tension à mi-course du levier nécessitant une vitesse de 50%, ou tension de référence zéro avec le levier au neutre nécessitant un moteur à l'arrêt.

Un générateur de tachymètre est entraîné à partir du moteur pour fournir une sortie de tension proportionnelle à la vitesse réelle du moteur. Ces deux tensions sont comparées et la différence, connue sous le nom de tension d'erreur et convenablement amplifiée, est utilisée pour augmenter ou diminuer le courant de champ du générateur jusqu'à ce qu'il n'y ait plus d'erreur, c'est-à-dire que le moteur tourne à la vitesse requise par la position du levier du conducteur.

(2) système de redressement:

Dans ce système, l’alimentation en courant continu du moteur de l’enrouleur est fournie par un redresseur. Dans le passé, il s’agissait généralement du type à arc au mercure dans lequel la tension de sortie est contrôlée au moyen de grilles à anodes. Les grilles peuvent être polarisées pour empêcher le déclenchement de l'anode pendant le demi-cycle positif et ainsi faire varier la tension de sortie du maximum à zéro. Dans le système actuel et moderne, pour ce type de contrôle, on utilise des thyristors.

Dans ce livre, nous n'entrons pas dans les détails du principe de ce système. Cependant, il est important de noter que le courant traversant le redresseur étant unidirectionnel, il est nécessaire d'inverser le champ du moteur de l'enrouleur pour faire tourner le moteur dans le sens inverse.

10. Inspection et maintenance des moteurs à courant continu:

L'entretien régulier des moteurs à courant continu est décrit ci-dessous de manière systématique:

(1) collecteur et pinceau:

À intervalles réguliers, les dépôts de carbone sont éliminés de l'intérieur du carter d'engrenage de la brosse et de la surface du collecteur. Les commutateurs sont régulièrement examinés pour leur surface parfaite, propice à un bon contact électrique. Les brosses sont également examinées pour s'assurer qu'elles sont toujours correctement collées au commutateur et pour déterminer si elles nécessitent un renouvellement.

Les brosses doivent être remplacées avant que le connecteur en cuivre qui y est incorporé ne soit exposé sur la surface de contact, sinon la brosse endommagerait le collecteur. Les fabricants spécifient le degré d'usure autorisé avant le renouvellement de la brosse. Si les balais présentent des traces d'étincelles abondantes, par exemple des marques de brûlures sur les segments du collecteur, il faut en rechercher la cause et les corriger avant la remise en service du moteur.

(2) Inspection de l'isolation:

L'isolation des enroulements du champ et de l'armature est inspectée de temps à autre pour détecter tout signe de détérioration.

Les conditions suivantes indiquent qu'une attention est requise:

(a) L'humidité et la saleté, qui réduisent la valeur de la résistance d'isolement.

(b) Vernis fissuré, qui rendra l'isolation vulnérable à la pénétration de saleté et d'humidité.

(3) tests de résistance d'isolement:

La résistance d'isolement doit être vérifiée entre:

(a) Les enroulements de champ et le bâti du moteur.

(b) Les segments du collecteur (en prenant en compte l'enroulement d'induit) et le noyau d'induit.

(c) L'engrenage de brosse et le châssis de la machine sont testés périodiquement, généralement par un testeur de résistance d'isolement, tel qu'un Metro-ohm ou un Megger. Les lectures obtenues au cours des tests successifs sont enregistrées, de sorte que toute tendance à la détérioration soit constatée et que les mesures préventives nécessaires puissent être prises immédiatement. Si les deux enroulements d'un moteur à enroulement composé peuvent être déconnectés électriquement, il est également courant de prendre la résistance d'isolement entre deux jeux d'enroulements.

(4) Test de résistance à l'enroulement:

À intervalles réguliers, la résistance de chaque enroulement du champ est mesurée à l'aide d'un ohmmètre à lecture directe et doit être comparée à la valeur correcte fournie par le fabricant.

(5) Examen de l'armature:

Lorsque l'armature est retirée du moteur lors d'une révision, l'inspection suivante doit être effectuée sans faute:

(1) Les bandes d’armature qui fixent les enroulements sont inspectées pour s’assurer qu’elles sont en bon état, c’est-à-dire qu’il n’ya pas de spires lâches dans le fil de reliure et que les clips de soudure et de retenue sont bien fixés.

(2) Un test de résistance d'isolement est généralement effectué entre les bandes et le bobinage d'induit, ainsi qu'entre les bandes et le noyau d'induit.

(3) L'accumulation de saleté et de poussière de carbone provenant des brosses est éliminée de l'environnement du collecteur, par exemple entre les colonnes de montée du collecteur et les surfaces exposées des bagues d'extrémité isolantes.

(4) La surface de travail du collecteur est soumise à un examen très approfondi. Si vous remarquez des signes de brûlure ou de piqûre, vous pouvez réparer la surface en la tournant avec précaution. La cause de toute étincelle ou abrasion ayant endommagé la surface du collecteur doit être simultanément vérifiée et corrigée.

(5) Les segments de mica du commutateur sont examinés. S'il y a des signes de brûlure ou de carbonisation, les segments de mica doivent être remplacés.

(6) La surface du commutateur est examinée pour s'assurer qu'aucun segment de mica ne se trouve en dehors des segments de cuivre. Les segments de mica sont généralement légèrement en dessous de la hauteur des segments de cuivre (disons d'environ 1/32 pouce à 1/6 pouce de profondeur) afin d'éviter toute possibilité d'encrassement avec les brosses. Sur la plupart des machines, cependant, les micas sont finis au ras des segments de cuivre.

(7) Les connexions soudées au commutateur sont examinées pour s'assurer que la soudure n'a pas été projetée et que les joints ne sont pas fissurés. Le jet de soudure indique des enroulements lâches dans les fentes de l'armature.

The resistance of armature conductors is obtained by testing between each pair of adjacent commutator segments. A sensitive direct reading ohmmeter such as a ducter can be used, but more accurate results are obtained by passing a heavy current through the armature, and measuring the millivolt drop between segments.

The resistance between each pair of segments should be the same within a tolerance specified by the maker. Any variation out of tolerance indicates a fault. A high resistance (or millivolt drop) between a pair of segments indicates an open circuit in the winding whereas a low resistance (or millivolt drop) indicates a short circuit. The millivolt drop has to be near to or equal to the results given by the manufacturer.

11. Fault-Finding Tables:

(a) When Motor does not Run:

1. Armature not free to run:

Possibly a fault in the mechanical drive of the machine. The armature of a series motor may, however, lock against the field windings if the machine has been allowed to race and the armature bands have been burst, or some mechanical jamming has occurred.

2. Terminal Connections Broken:

Due to overheat / mishandling, to be immediately rectified.

3. Current path through Brushes Interrupted:

One or more brushes not making contact with the commutator, or a broken connection to the brushgear.

4. Open Circuit in Field Windings:

Test the resistance of the field windings with low-reading ohm-meter.

5. Short Circuit in Field Winding:

Test the resistance of the field windings with low-reading ohm-meter.

(b) Motor Switchgear:

Possible Symptom of Fault:/Causes

1. Opening-circuit in starting resistor:

This fault would prevent the motor starting with resistance in circuit. The operator should not move the starting handle to the “RUN” position if the motor does not start normally.

2. Main contactor or reversing switch not completing circuit.

Examine the contacts for general condition. Ensure that contacts make with adequate pressure.

(c) Low speed of Motor (Below Rated Speed):

Possible symptom of fault/ Causes and/or Locating the Causes

1. Resistance in starter panel not switched out properly:

Switch may be defective. Check and remove fault.

2. High resistance in armature:

Check soldered joints between the commutator risers and the resistances of the armature conductors.

3. Short circuit in armature:

Carry out a voltage drop test on armature, and / or an induction test.

4. Inadequate contact between brushes and commutator:

Examine the brushes to ensure that their contact surface are bedded to the commutator arc, and that they are not damaged, pitted by sparking or covered with a film caused by oxidation.

5. Inadequate brush spring pressure:

Measure the pressure of the brush springs with a spring balance. Ensure that the brushes are not worn beyond the point where the brush springs or spring loaded lever can bear on them effectively.

(d) High Speed (Above Rated Speed):

Symptom/ causes, and / or locating Causes

1. Compound or inter-pole winding short circuited, open circuited or reversed:

Examine the connections to these windings. Test their resistance with a low reading ohmmeter.

2. High resistance in shunt winding:

Examine the connections to the windings test its resistance with a low reading ohmmeter. If the motor has a shunt field speed control unit, ensure that the resistance is fully switched out.

3. One or more shunt coils reversed:

Check the connections.

4. Short circuit in series field:

Measure the resistance of the windings.

5. Brush position disturbed:

Check the brush gear for any signs of movements, examine the surface of the commutator for burns pitting and other signs of sparking.

6. Machine on light load:

This is only for series motor.

(e) Overheating:

1. Cooling system not effective:

The motor may have been working covered by coal dust, or otherwise covered so that air cannot reach the cooling surfaces. If a fan is fitted, ensure that it is working properly and that the air ducts are not blocked by coal dust or any other type of dirt and dust.

2. Continuous working on overload:

It must be checked that the motor is driving the rated load. Check for faults in the mechanical drive, couplings, gearbox etc. which may impose excessive load on the motor.

3. Short circuit in field winding:

Carry out a voltage drop test on armature or / and induction test.

4. Poor brush contact:

Measure the brush spring pressure with a spring balance. Check that the brushes are not worn beyond the point where the brush springs or spring levers are fully effective. Examine the condition of the brush contact surfaces and the commutator working surface.

5. Brush friction:

Examine the brush contact surfaces and the commutator working surface, for roughness and abrasion. Ensure that the brush spring pressure is not too great.

6. Excess current caused by tracking between commutator segments:

Examine the commutator for deposits of dirt or carbon dust, in the slots between commutator segments or between the risers. And clean at regular intervals of maximum 500 hours operation.

(f) Vibration:

Possible Fault:

1. Commutator should be checked for:

(a) Mica segments standing out of the copper segments.

(b) Some copper segments out of line.

Remedial Action:

Any or all of the defects must be corrected in a well-equipped workshop.

Possible Fault:

2. Armature core loose on shaft:

Movements of the armature core on its shaft can sometimes be detected by the appearance of rusty powder around the centre of the core, and between the lamination of the cores. The equipment should be attended in a workshop efficiently.

3. Worn or damaged bearings:

Worn bearing are usually noisy when the motor is running and also cause heat loss. Sometimes due to defect in bearing if not detected early armature can rub with the field core, and thus damage the whole motor.