Pour accélérer votre projet, vous pouvez étiqueter les piles de laminage avec des détails tels que tolérance, matériel, finition de la surface, la nécessité ou non d'une isolation oxydée, quantitéet bien d'autres choses encore.
Un moteur à courant continu est une machine qui transforme l'électricité en mouvement. Il s'agit d'un type de moteur très simple et courant. Mais comment modifier sa vitesse de rotation ? C'est ce que nous appelons le contrôle de la vitesse du moteur à courant continu. Savoir gérer la vitesse d'un moteur est très important pour n'importe quel projet. C'est vrai pour les petites choses comme les robots et les grandes choses comme les machines d'usine. Cet article vous montrera des moyens simples de contrôler la vitesse. Vous découvrirez les différentes façons de le faire. Nous aborderons tous les sujets, du simple contrôle de la tension aux méthodes plus avancées qui utilisent des impulsions rapides d'électricité. Ce guide permettra à chacun d'apprendre facilement comment fonctionne le contrôle de la vitesse d'un moteur à courant continu.
Un moteur à courant continu est un dispositif qui transforme l'énergie électrique en énergie motrice. Il utilise un type d'électricité appelé courant continu (CC). C'est le type d'électricité que l'on trouve dans les batteries. Le fonctionnement des moteurs à courant continu est assez simple. À l'intérieur d'un moteur à courant continu, vous trouverez une bobine de fil et un aimant. Lorsque l'électricité traverse la bobine, elle crée un champ magnétique. Ce nouveau champ magnétique pousse contre le champ de l'aimant. C'est cette poussée qui fait tourner la partie centrale du moteur à courant continu.
Dans un moteur à courant continu brossé, il y a une pièce appelée collecteur. Cette pièce permet au moteur de continuer à tourner. Le collecteur est un interrupteur spécial. Il inverse le sens de l'électricité allant à la bobine à chaque demi-tour. Cette action permet aux forces magnétiques de continuer à pousser dans le bon sens. Par conséquent, le moteur à courant continu continue de tourner. La vitesse du moteur à courant continu dépend de la tension que vous lui donnez. Plus la tension est élevée, plus il tourne vite. Cette règle simple est le point de départ de tout contrôle de la vitesse d'un moteur à courant continu. Il n'en va pas de même pour un moteur à courant alternatif, qui utilise un type d'énergie totalement différent. Un moteur à courant continu est un excellent choix pour de nombreux projets.
Pouvoir contrôler la vitesse d'un moteur à courant continu est très important. Pensez à une petite voiture. Vous voulez qu'elle aille vite, mais vous voulez aussi qu'elle aille lentement. S'il n'y avait pas de contrôle de la vitesse du moteur, il n'y aurait qu'une seule vitesse : la plus rapide possible. La régulation de la vitesse est ce qui vous permet de faire faire au moteur à courant continu exactement ce que vous voulez qu'il fasse. Ce type de contrôle précis est nécessaire pour les robots, les ventilateurs, les pompes et de nombreux autres appareils. Par exemple, le bras d'un robot doit parfois se déplacer lentement et avec beaucoup de soin. À d'autres moments, il doit se déplacer très rapidement.
Un bon contrôle du moteur permet également d'économiser de l'énergie. Si vous faites tourner un moteur à courant continu à sa vitesse maximale en permanence, il consomme une grande quantité d'énergie. Lorsque vous réglez la vitesse en fonction du travail à effectuer, vous consommez moins d'énergie. Ceci est particulièrement important pour tout gadget fonctionnant avec des piles. L'utilisation du bon contrôleur et de la bonne méthode de contrôle peut améliorer le fonctionnement de votre projet sans gaspiller d'énergie. En ajustant correctement la vitesse, le moteur à courant continu et ses pièces s'usent moins vite. Cela leur permet de durer plus longtemps. Apprendre à contrôler la vitesse d'un moteur à courant continu est une compétence très utile.
Le moyen le plus simple de contrôler la vitesse d'un moteur à courant continu est de modifier la résistance du chemin électrique. Pour ce faire, il suffit de placer une résistance sur le chemin de l'électricité qui alimente le moteur à courant continu. Nous appelons cette méthode le contrôle de la résistance. Un moyen facile de le faire est d'utiliser une résistance variable. Lorsque vous modifiez le réglage de la résistance, vous modifiez la tension qui peut atteindre le moteur à courant continu.
Cette façon de contrôler la vitesse est très simple, mais elle présente de gros problèmes. La résistance chauffe beaucoup. En effet, elle transforme une grande partie de l'énergie électrique en chaleur. Cette chaleur n'est qu'un gaspillage d'énergie. De plus, lorsque le travail du moteur à courant continu devient plus difficile ou plus facile, sa vitesse change également. Si le moteur CC doit travailler plus fort, le couple de charge augmente et le moteur commence à ralentir. Cette méthode convient pour un travail de vitesse très basique. Cependant, pour la plupart des projets, vous aurez besoin d'un meilleur moyen de contrôler votre moteur à courant continu.
La vitesse d'un moteur à courant continu est directement liée à la tension qu'il reçoit. Cela signifie que si vous augmentez la tension d'alimentation, la vitesse du moteur augmentera également. Si vous diminuez la tension, la vitesse du moteur diminuera. C'est la règle la plus simple et la plus importante du contrôle de la vitesse des moteurs à courant continu. Cette méthode porte un nom : contrôle de la tension ou contrôle de la tension d'entraînement. Vous pouvez contrôler un moteur à courant continu en le raccordant à une alimentation qui vous permet de modifier la tension qu'il émet.
Imaginons un circuit simple pour un moteur à courant continu. Lorsque la tension est élevée, un courant important traverse la bobine. Cela crée un champ magnétique puissant qui fait tourner le moteur à courant continu très rapidement. Lorsque vous diminuez la tension, le courant ne peut plus circuler autant. Le champ magnétique est alors plus faible et le moteur à courant continu tourne plus lentement. Vous pouvez compter sur ce lien entre la tension et la vitesse du moteur. Le plus difficile est de trouver un bon moyen de modifier la tension sans gaspiller d'énergie. Le simple fait d'utiliser une résistance gaspille beaucoup d'énergie. C'est pourquoi des personnes intelligentes ont mis au point de meilleurs circuits pour contrôler la tension de n'importe quel moteur à courant continu.
La modulation de largeur d'impulsion, souvent appelée PWM, est un bien meilleur moyen de contrôler la vitesse d'un moteur à courant continu. Au lieu de simplement abaisser le niveau de tension, un contrôleur MLI active et désactive l'alimentation du moteur à courant continu à un rythme très rapide. Il envoie plusieurs impulsions rapides d'électricité. La "largeur d'impulsion" indique la durée de chaque salve d'électricité. Nous appelons ce schéma marche-arrêt le rapport cyclique. Si la durée d'activation est longue, le moteur à courant continu reçoit plus d'énergie et tourne plus vite. Si la durée d'activation est courte, le moteur reçoit moins d'énergie et tourne plus lentement.
Cette méthode fonctionne très bien et ne gaspille pas beaucoup d'énergie. L'interrupteur du circuit d'entraînement est soit complètement activé, soit complètement désactivé. De ce fait, très peu d'énergie est perdue sous forme de chaleur. Le signal PWM fait agir le moteur à courant continu comme s'il recevait une tension stable et plus faible. Par exemple, si l'alimentation est activée pendant la moitié du temps (ce qui correspond à un cycle de travail de 50%), le moteur à courant continu se comportera comme s'il recevait la moitié de la tension totale. Le PWM permet un contrôle très précis de la vitesse du moteur. De nombreux nouveaux systèmes de contrôle des moteurs utilisent la modulation de largeur d'impulsion pour gérer un moteur à courant continu. Il s'agit d'un choix très courant parmi toutes les techniques de contrôle.
| Méthode de contrôle | Bons points | Mauvais points |
|---|---|---|
| Contrôle de la résistance | Circuit très simple, peu coûteux. | Gaspille beaucoup d'énergie sous forme de chaleur, ne tient pas bien la vitesse. |
| Contrôle de la tension | Facile à comprendre et à utiliser. | Peut gaspiller de l'énergie si l'on utilise un certain type de régulateur. |
| Contrôle PWM | Ne gaspille que très peu d'énergie et permet un contrôle précis. | Le circuit est plus compliqué et peut créer du bruit électrique. |
Oui, il existe plusieurs types de moteurs à courant continu. Ceux que vous verrez le plus souvent sont les moteurs à courant continu à balais et les moteurs à courant continu sans balais. Un moteur à courant continu à balais est un choix simple et peu coûteux. Il utilise de petits blocs de carbone, appelés balais, et un commutateur pour envoyer de l'énergie à la partie qui tourne. Ces moteurs ne sont pas difficiles à contrôler. Ils ont également un couple de démarrage élevé. Cela signifie qu'ils sont très puissants dès le démarrage. Cette qualité en fait un excellent choix pour de nombreux travaux faciles.
Il existe également d'autres types de moteurs à courant continu brossés, tels que les moteurs en série, les moteurs shunt et les moteurs composés. Un moteur à courant continu shunt est un type de moteur dont les fils sont connectés d'une manière spéciale appelée "en parallèle". Un autre type de moteur est le moteur à courant continu à aimant permanent. Il utilise un aimant permanent pour créer son champ magnétique. Chaque type de moteur à courant continu a sa propre façon de gérer la vitesse et la force de rotation. Le choix du bon moteur à courant continu dépend de l'objectif de votre projet. Les principales idées de contrôle de la vitesse des moteurs à courant continu, comme la modification de la tension, fonctionneront pour la plupart d'entre eux.
Les moteurs à courant continu sans balais, également connus sous le nom de moteurs BLDC, sont un type de moteur électrique plus récent et plus performant. Ils sont différents des moteurs à courant continu à balais parce qu'ils n'ont pas de balais ni de commutateur. À la place de ces pièces, ils utilisent un contrôleur électronique de vitesse (ou ESC) pour modifier la direction du flux d'électricité dans les bobines. Un circuit d'entraînement spécial est chargé de cette tâche. Un capteur, qui est souvent un capteur à effet Hall, indique au contrôleur où se trouve la pièce qui tourne. De cette façon, le contrôleur sait à quelle bobine envoyer l'énergie ensuite.
Les principaux avantages des moteurs CC sans balais sont qu'ils fonctionnent bien, sans gaspillage, et qu'ils durent longtemps. Comme il n'y a pas de balais qui s'usent, il n'est pas nécessaire de les réparer très souvent. Ils sont également moins bruyants et peuvent tourner à des vitesses plus élevées. La vitesse d'un moteur CC sans balais est gérée par le contrôleur électronique. Ce contrôleur utilise souvent la modulation de largeur d'impulsion (PWM). Le contrôleur peut modifier la synchronisation et le rapport cyclique des impulsions électriques envoyées aux bobines du moteur. Même si les moteurs à courant continu sans balais et leurs contrôleurs sont un peu plus difficiles à utiliser, ils constituent le meilleur choix pour les travaux nécessitant les meilleures performances, comme les drones, les voitures électriques et les ventilateurs à l'intérieur des ordinateurs.
Un pont en H est un type particulier de circuit électronique. Il permet de commander un moteur à courant continu pour qu'il avance et recule. Il est également utilisé pour contrôler la vitesse du moteur. Le circuit a reçu ce nom parce qu'une image de la disposition de ses interrupteurs ressemble à la lettre "H". Le moteur à courant continu est connecté au milieu du "H". Le circuit comporte quatre interrupteurs différents, qui sont généralement des transistors. En activant deux interrupteurs en même temps, vous pouvez changer la direction du courant électrique dans le moteur à courant continu.
Un circuit en pont en H permet également d'utiliser la modulation de largeur d'impulsion (PWM) pour contrôler la vitesse. Vous pouvez envoyer un signal PWM aux interrupteurs. Cela vous permettra de contrôler la vitesse du moteur dans les deux sens. Cela vous permet de contrôler entièrement la vitesse et la direction d'un moteur à courant continu. De nombreux contrôleurs de moteur et variateurs de vitesse à courant continu sont déjà équipés d'un circuit en pont en H. Le circuit en pont en H joue un rôle très important dans le fonctionnement des robots et il est également utilisé dans de nombreux autres systèmes de contrôle. Vous pouvez également utiliser un circuit en pont en H avec des moteurs à courant continu sans balais, mais le circuit d'entraînement est plus compliqué.
Le type de contrôleur dont vous aurez besoin dépend de votre moteur à courant continu et de ce que vous voulez qu'il fasse. Pour un projet très simple, vous n'aurez peut-être besoin que d'un interrupteur et d'une résistance variable. Mais pour améliorer le fonctionnement du moteur, vous aurez besoin d'un variateur de vitesse électronique. Un contrôleur conçu spécialement pour les moteurs peut utiliser la modulation de largeur d'impulsion pour contrôler la vitesse sans gaspiller d'énergie. Certains contrôleurs sont de simples circuits analogiques. D'autres utilisent un petit ordinateur, comme un micro-ordinateur ou un microcontrôleur tel qu'Arduino, pour produire les signaux MLI. L'utilisation d'un micro-ordinateur permet de contrôler le moteur de manière plus avancée.
Pour les moteurs CC sans balais, vous devez utiliser un contrôleur électronique de vitesse (ESC) spécial. Ce type de contrôleur peut effectuer les opérations de commutation complexes nécessaires pour faire tourner le moteur. Les servomoteurs sont un autre type de moteur à courant continu. Ils possèdent leur propre circuit de commande intégré. Cela permet un contrôle très précis de leur position. Lorsque vous choisissez un contrôleur, vous devez vous assurer qu'il peut fonctionner avec la tension et le courant requis par votre moteur à courant continu. Un bon contrôleur vous permettra de contrôler très précisément la vitesse et le couple de votre moteur CC. Le contrôleur est en quelque sorte le cerveau de votre moteur.
Il est très important de comprendre comment la vitesse, la tension et le couple fonctionnent ensemble pour savoir comment fonctionne un moteur à courant continu. Comme nous l'avons déjà dit, la vitesse d'un moteur à courant continu est principalement liée à la tension. Le couple, quant à lui, est principalement lié au courant. Le couple est le pouvoir de rotation du moteur, c'est-à-dire sa "force". Lorsque le moteur à courant continu effectue un travail difficile (ce qui signifie que le couple de charge est élevé), il a besoin de plus de courant. Ce courant supplémentaire l'aide à créer plus de couple pour effectuer ce travail.
Lorsque vous donnez une certaine tension à votre moteur à courant continu, il veut tourner à une vitesse (c'est sa vitesse à vide). Lorsque vous faites travailler le moteur, il ralentit légèrement. Il consomme également plus d'électricité pour produire le couple dont il a besoin pour effectuer le travail. Si le travail est trop difficile, le moteur peut s'arrêter de tourner. Dans ce cas, il peut absorber une très grande quantité de courant, ce qui peut le briser. Un bon système de contrôle de la vitesse, en particulier un système qui utilise un capteur de vitesse pour vérifier la vitesse, peut modifier la tension ou le cycle de travail PWM. Cela permet de conserver la même vitesse, même si la quantité de couple change. Savoir comment la vitesse et le couple s'influencent mutuellement est très important pour tout projet utilisant un moteur à courant continu.
Pour accélérer votre projet, vous pouvez étiqueter les piles de laminage avec des détails tels que tolérance, matériel, finition de la surface, la nécessité ou non d'une isolation oxydée, quantitéet bien d'autres choses encore.
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