Moteur à courant continu : principe, types d’excitation et usages

Un moteur à courant continu est une machine composée d’un inducteur, d’un induit et d’un dispositif collecteur et balais. Le collecteur renouvelle le sens du courant dans l’induit pour que la rotation se poursuive, et les balais qui frottent dessus sont sa pièce d’usure. Selon la façon d’alimenter l’inducteur, on distingue quatre excitations : séparée, shunt, série et composée.

Principe : inducteur, induit, collecteur et balais

L’inducteur produit le champ magnétique. L’induit est le bobinage qui tourne dans ce champ. Le collecteur est un ensemble de lames de cuivre où aboutissent les extrémités du bobinage d’induit. Les balais, souvent appelés charbons, sont fixés au stator et frottent sur le collecteur pour amener le courant à l’induit.

Les quatre excitations

L’excitation désigne la manière dont l’inducteur est alimenté par rapport à l’induit. C’est elle qui donne à chaque moteur son comportement. Il existe aussi des moteurs à aimants permanents, réservés à des usages particuliers.

Excitation séparée

L’inducteur est alimenté par une source indépendante de l’induit. On commande alors le moteur par l’induit, à flux constant.

Excitation shunt

L’inducteur est branché en parallèle de l’induit.

Excitation série

L’inducteur est en série avec l’induit. Le couple est élevé, surtout au démarrage. Ce moteur fonctionne aussi en alternatif : on parle alors de moteur universel. La traction ferroviaire figure parmi les usages cités par les cours d’électrotechnique.

Excitation composée

Elle associe un enroulement série et un enroulement shunt. Les cours en retiennent un couple de démarrage élevé et une régulation de vitesse.

Ce qui s’use : balais et collecteur

Les balais sont le point faible de la machine : ils s’usent, puisqu’ils frottent en permanence sur le collecteur. Une intervention sur ces pièces se fait hors tension, avec consignation selon la NF C 18-510 et par du personnel habilité. La procédure de remplacement figure dans la notice du moteur.

Usages : où en rencontre-t-on encore ?

On rencontre encore le moteur à courant continu, notamment en traction et sous forme de moteur universel. Face à lui, le moteur brushless est une machine synchrone à aimants, dont la commutation électronique remplace le collecteur. Pour la différence entre machines à courant alternatif, voir moteur synchrone ou asynchrone et le moteur asynchrone triphasé. Pour les bases, lisez qu’est-ce qu’un moteur électrique et pourquoi utiliser un moteur électrique.