Commande des machines à courant continu (mcc) à vitesse variable

La machine à courant continu – à collecteur mécanique – (mcc), après avoir longtemps occupé une place dominante au sein des systèmes électromécaniques à vitesse variable, est en forte régression. Son succès, qui lui permet toujours d’occuper quelques niches sur le marché, est dû à la grande simplicité de son alimentation électronique et de sa commande comparativement à celles de ses concurrentes, les machines à commutation électronique (mce) ou sans balais (synchrones, asynchrones, à réluctance variable…).

Cet article pourrait sembler, a priori, désuet mais, outre le fait qu’il existe encore de nombreuses mcc à vitesse variable et que l’on en conçoit encore, la description de sa commande reste une étape fondamentale, sinon pédagogiquement indispensable, dans la compréhension de celle des moteurs sans balais. En effet, dans ces machines modernes, on a, le plus souvent, cherché à reproduire le comportement des mcc, notamment grâce à une modélisation adéquate, afin de se retrouver justement dans la situation de grande simplicité qui a fait leur succès.

Les raisons de l’évolution des entraînements électromécaniques à vitesse variable vers les machines sans collecteur mécanique et les particularités qui permettent à la mcc de conserver quelques niches de marché sont les suivantes.

Le collecteur d’une mcc est un organe mécanique permettant la double fonction de commutation des courants d’induits et de leur calage par rapport au flux inducteur (autopilotage). À une époque (jusque dans les années 1980-90) où l’électronique de puissance restait très coûteuse et où le rapport puissance de calcul/coût des systèmes de commande numérique restait peu compétitif, les moteurs sans collecteur, malgré une plus grande robustesse et un plus faible coût (moteur seul), ont été destinés aux applications particulières. La plupart du temps, il s’agissait des dispositifs à très longue durée de vie, dans lesquels toute maintenance était à exclure ou/et ceux nécessitant de très grandes vitesses de rotation ou/et de hautes puissances massiques. En effet, le système balais-collecteur de la mcc, s’il permet de simplifier beaucoup l’électronique de puissance et de commande, s’use et limite sévèrement la durée des intervalles de maintenance (de l’ordre de quelques centaines à quelques milliers d’heures selon la qualité des matériaux et la sévérité des régimes de fonctionnement), il pollue également l’environnement par les poussières issues des frottements, et, d’un autre point de vue, à cause des arcs de commutations, il génère des perturbations électromagnétiques et, parfois des risques d’explosion. Enfin, à cause de son induit tournant et de son collecteur, sa limite de faisabilité dans le plan puissance vitesse de rotation...