moteur stirling au lfm - tp commande moteur...

MÉCANIQUE Nom :

COMMANDE de MOTEUR CC Classe : groupe :

TP Commande Moteur v4.doc Page 1 / 6

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Objectifs : � Bases du Comportement d’un Moteur C.C. � Compréhension du Phénomène d’Inertie (lissage). � Apparition d’un Couple en fonctionnement Génératrice.

Durée : 2h30 Pré requis : Cours « Énergie,Puissance »

I/ LE GENERATEUR BASSE FREQUENCE

OU

Générateur classique Générateur de signal Carré sur votre table

� Principe Le Générateur Basse Fréquence (GBF) est un appareil qui fournit de l’électricité (générateur). Contrairement à une batterie qui possède une tension constante (exemple : 12 volt), le GBF peut avoir une tension variable (sinusoïdale, carré, dent de scie etc…) à des fréquences pouvant atteindre 20000 Hz (20000 variations par seconde). De là vient le terme « basse fréquence ».

Exemple d’une tension « carrée » : Le générateur est à 12 volt pendant 2 ms, puis à 0 volt pendant 1 ms. Cela revient à un système qui s’allume puis s’éteint en alternance.

FREQUENCE

RAPPORT CYCLIQUE

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� Durée d’un Cycle C’est le temps que dure le signal avant de recommencer de manière identique.

Sur le graphe précédent : msT ...........= � Fréquence du Cycle C’est le nombre de fois que le signal peut se répéter en une seconde :

Sur le graphe précédent : HzTF ...........

1 ≈=

On remarque que l’unité Herz est l’inverse de la seconde. 1−= sHz

� Rapport Cyclique Regardons ces 2 signaux carrés :

Gauche Droite Les 2 ont la même période (ou même fréquence). Mais le premier s’allume plus longtemps.

On définit le rapport cyclique α comme la division entre la durée allumée et la période du cycle (T)

T

Dallumée=α

C’est un nombre compris entre 0 et 1

Quelle est son unité ? en α

Calculer le rapport cyclique des 2 signaux : ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=gaucheα ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=droiteα

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II/ LE MOTEUR à COURANT CONTINU

OU � Principe Le fonctionnement interne de ce moteur et les phénomènes physiques utilisés seront étudiés en cours de « Physique Appliquée » (1ère STI et surtout STI 3 ElectroTechnique). � Puissance On voit sur la maquette la différence entre la partie Commande et la partie opérative (dite de puissance).

Couleur de la Partie COMMANDE : ………………….

Couleur de la Partie PUISSANCE : ……..….……….. � Comportement Ce type de moteur électrique possède de gros défauts (entretien etc…). Son principal avantage est qu’il est très simple à contrôler. Mais avec les progrès en électrotechnique des 20 dernières années, il est peu à peu remplacé par les moteurs synchrones et asynchrones.

En effet : • Sa VITESSE (N) est directement proportionnelle à la TENSION (U) qu’il reçoit :

UKN .= • Sa FORCE (couple C) est directement proportionnelle à l’INTENSITE (I) :

CKI .= Ces Relations permettent une modélisation simple. Il existe des relations plus complexes donnant des résultats plus précis.

Il suffit tout simplement de faire varier la TENSION pour faire varier la VITESSE.

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� Inertie du Moteur

• Régler le GBF pour avoir un signal carré très lent :

Que fait le Moteur ? …………………………….

…………………………………………………….

• Augmenter doucement la fréquence du GBF jusqu’à au moins 100Hz (période du cycle à 10ms)

Que fait le Moteur ? ……………………………………….........…………………….

• Conclusion :

Lorsque la fréquence devient rapide, le moteur reste à une vitesse ………………

Vous retrouvez le même phénomène avec une voiture : Le moteur thermique donne des coups de force (explosions successives et rapides). Mais en raison de l’inertie de la voiture et des pièces en mouvement, la voiture avance à vitesse constante. Après le moteur, il y a un « volant d’inertie » qui augmente l’inertie :

Contrôler un moteur électrique avec un signal carré rapide est une technique classique car :

• On travaille avec une batterie (tension fixe) et un interrupteur rapide (allumer/éteindre) • Il suffit de faire varier la moyenne de la tension.

Nous allons maintenant regarder comment faire varier la moyenne...

Ce comportement est lié à son inertie mécanique (poids des éléments qui tournent). Quand la Tension varie trop rapidement, le moteur fait la MOYENNE de la tension.

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� Rapport Cyclique et Moyenne Le Hacheur possède un potentiomètre permettant de faire varier le rapport cyclique.

Voici une tension carrée :

Allumée pendant 1ms, éteinte pendant …….. 0ms !!!

Que vaut le rapport cyclique : ⋅⋅⋅⋅=α

Que vaut la tension moyenne : ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=MoyU

Mesurez la vitesse du moteur : 1min. −⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅= trNMoteur

(avec un Tachymètre)

Recommencez avec cet autre signal carré :

⋅⋅⋅⋅=α ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=MoyU

1min. −⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅= trNMoteur

Recommencez avec cet autre signal carré :

⋅⋅⋅⋅=α ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=MoyU

1min. −⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅= trNMoteur

SAUREZ VOUS GENERALISER ?

Divisez Nmoteur par Umoy, cela vous donne K. N’oubliez pas l’unité : ………………=K

Umaxi vaut ici 12 volt. Trouvez la relation entre Umoy, Umaxi et α : ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=MoyU

Ecrire la relation entre Nmoteur, K et Umoy : ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=MoteurN

CONCLUSION : Avec une tension de 12 volt et un interrupteur qui ouvre et qui ferme rapidement, on fait varier la tension moyenne et donc la vitesse du Moteur.

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III/ LE FONCTIONEMENT EN DYNAMO Un moteur électrique peut fonctionner dans les 2 sens.

OU � Moteur à VIDE

Prenez un moteur DÉBRANCHÉ. FAITES TOURNER l’arbre à la main. Est-ce Difficile ? □ OUI □ NON

� Moteur avec CHARGE

Prenez un moteur que vous branchez sur une RÉSISTANCE. FAITES TOURNER l’arbre à la main. Est-ce plus Difficile qu’à vide ? □ OUI c’est plus difficile □ NON c’est moins difficile □ c’est pareil

� Conclusion

Condition A VIDE Avec CHARGE Schéma

La Puissance électrique…

est nulle car les fils ne sont pas connectés donc pas de courant.

P=U.I=0 car i est nul

est transmise vers la Résistance qui va transformer l’énergie en

………………. P=U.I différent de 0

La Force mécanique que je fournis avec la main …

ne sert qu’à s’opposer aux frottements dans le moteur donc

quasi nul. (rien n’est parfait)

Sert à s’opposer aux frottements mais AUSSI à

……………………..….. …………………………

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