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MOTEUR À COURANT CONTINU


ACTIVITÉ N°1: Fonctionnement à vide 145

ACTIVITÉ N°2: Fonctionnement en charge 147

ACTIVITÉ N°3: Tracé des différentes caractéristiques 148

ACTIVITÉ N°4: Banc d’essais BOYUAN811 151

ACTIVITÉ N°5: Variateur de vitesse 154


145


ACTIVITÉ N°1: Fonctionnement à vide

I- Préparation

1- Compléter la modélisation d’un moteur à courant continu :

2- Observer et manipuler les différents composants du moteur à courant continu mis à votre disposition et indiquer la désignation de chaque constituant en utilisant le vocabulaire suivant : induit, plaque signalétique, porte-balais, inducteur, collec-teur.

3- En pratique, comment peut-on savoir si le moteur est à aimant permanent ou à inducteur bobiné?

……………………………………….....................……………………………………………………………………………………………….....................………………………………………………………

4- Que signifie «fonctionnement à vide» d’un moteur à courant continu ?……………………………………….....................……………………………………………………………………………………………….....................……………………………………………………………………………………………….....................……………………………………………………………………………………………….....................………………………………………………………

..........................

......................... .................

Moteur électrique

...........

...............................

...............................

...............................

...............................

...............................

..............................

..............................

..........................

..........................

............................................

SOMERLEROY MADE IN

IEC 34.1.1990 FRANCEMOTEUR A COURANT CONTINU

TYPE: LSK 1604 S 02

Service / Duty S1 DE 6312 2RS C3 NDE 6312 2RS C3

Mnom

Mom./Rat.

N° 700000/10 9/1992

301 N.m

T Isystème peinture:

kW min -1 V A V A33360

3601150115

172036,3

36,33,63

95,544 9,55

440

440

95,5 240Excit. / FieldInduit / Arm.

Altit 1000 m Temp 40 °C

M 249 KgIC 06IP 23IM 1001Classe / Ins class H

/ Rated Torque

DIRECT CURRENT MOTOR

Fig. 1


146


II- Manipulation1- Relever les indications portées sur la plaque signalétique du moteur et compléter le tableau suivant :

Moteur à courant continuType:.....................................Réf:........................... Puissance:.........................Tension et courant d’induit:............./................... Vitesse:..............................Tension et courant d’inducteur:............./............. Couple:..............................

2- Réaliser le montage de la figure suivante et faire fonctionner le moteur sans charge.

3- Mesures et calculs a- Régler le courant d’excitation à sa valeur nominale. Alimenter l’induit sous sa

tension nominale et reporter les valeurs mesurées dans le tableau suivant:

Courant d’induit

Tension d’induit

Vitesse à vide

Tension d’excitation

Courant d’excitation

I0 = ......... U0 = ......... n0 = ......... ................... ..............

b- Alimenter l’induit sous une tension réduite et déterminer la valeur de la résistance de l’induit Ra.

U =………………..I = ……………………Ra =……………………

M

I0

n0

ie

Rhd

UA U ue

A A

V

Rhe

V

: Rhéostat servant à limiter le courant au moment de démarrage.Rhd

Rhe :Rhéostat d’excitation servant à faire varierle courant d’excitation, donc la vitesse.

Tachymètre

Fig.2


147


4- Calculer pour l’essai à vide: la puissance totale absorbée par le moteur

Pa0 =………………………………………………………………..

les pertes par effet Joule dans l’inducteur Pje =…………………………………………………………….…...

les pertes par effet Joule dans l’induit Pji =……………………………………………………………..…...

les pertes constantes. Pc =……………………………………………………………………..

Calculer la puissance absorbée par l’induit et la comparer à Pc. Conclure. Pai0 =U0.I0……………………………………………………………………..

la force contre électromotrice E’……………………………………………………………………………………………………………

le coefficient de proportionnalité entre E’ et n.……………………………………………………………………………………………………………

AVERTISSEMENT N’effectuer aucune modification du montage qu’après avoir mis l’ensemble

hors tension. Ne jamais couper l’alimentation de l’inducteur avant celle de l’induit. Ne jamais alimenter l’induit avant l’inducteur.

ACTIVITÉ N°2: Fonctionnement en charge

1- Montage

M

I ie

Rhd

UA U ue

A A

V

Rhe

Rhe

V

Chargenominale

n

G

Fig. 3


148


2- Mode opératoire Accoupler le moteur à une charge (frein à poudre, génératrice ………….). Régler le courant d’excitation à sa valeur nominale. Remettre le moteur en marche en augmentant progressivement la tension

aux bornes de l’induit jusqu’à sa valeur nominale. Augmentant progressivement la charge jusqu’à avoir le courant nominal.

a- Remplir le tableau suivant:

I (A) U (V) iex (A) uex (V) n (tr/min)

......................... ......................... ......................... ......................... .........................

b- Calculer pour le point de fonctionnement nominal: la puissance totale absorbée par le moteur

…………………………………………………………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………….

la puissance utile fournie par le moteur…………………………………………………………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………….

le rendement du moteur…………………………………………………………………………………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………….

ACTIVITÉ N°3: Tracé des différentes caractéristiquesRéaliser le montage de la figure suivante et faire fonctionner le moteur accouplé à

une charge variable.

M

I ie

Rhd

UA U ue

A A

V

Rhe

Rhe

V

Chargevariable

n

G

Fig. 4


149


1- Caractéristique n = f (I)a- Faire varier progressivement la charge et mesurer, pour chaque point de

fonctionnement, la vitesse de rotation et le courant induit. Repporter les valeurs sur le tableau suivant:

ie= Cte =….....….. U = Cte ........…..I(A) ....... ....... ....... ....... ....... ....... .......

n(tr/min) ....... ....... ....... ....... ....... ....... .......

b- Tracer la caractéristique électromécanique n = f (I).

c- Interpréter la caractéristique obtenue.……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

2- Caractéristique Tém = f (I)a- A une vitesse constante et à un courant d’excitation constant, relever

(ou calculer) pour différentes charges le courant absorbé par l’induit., le couple électromagnétique et la tension U. Reporter ces valeurs sur le tableau ci-dessous:

ie= Cte =….....….. U = Cte ........…..

I (A) ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... .......

Tém (Nm) ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... .......

0


150


b- Tracer l’allure de la caractéristique du couple en fonction du courant absorbé par l’induit Tém = f(I). Interpréter la courbe obtenue.

c- Déduire à partir des caractéristiques précédentes la courbe Tém = f(n)d- En exploitant les résultats des activités précédentes déduire le couple Tp et

tracer la courbe du couple utile Tu en fonction de la vitesse de rotation n. Tu = f(n)

e- Interpréter la courbe obtenue, est-elle linéaire ou affine? Comparer son allure à celle étudiée théoriquement.

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

................................................

................................................

................................................

................................................

.................................................

.................................................

.................................................

.................................................

.................................................

.................................................0

Interprétation

................................................

................................................

................................................

................................................

.................................................

.................................................

.................................................

.................................................

.................................................

.................................................0

Interprétation


151


ACTIVITÉ N°4: Banc d’essais BOYUAN8111- Présentation Le banc d’essais ci-dessous permet d’étudier les caractéristiques mécaniques et

électriques des moteurs électriques à courant continu et à courant alternatif.

Ce banc est composé de 4 parties: Interface Homme-Machine (l’écran tactile). Electricité et électronique de commande. Rampe machines. Espace utilisateur.

2- Essai à vide Enclencher le disjoncteur DZ47, actionner le bouton d’arrêt d’urgence SB et

mettre le banc en fonctionnement en cliquant sur le bouton sensitif «moteur à courant continu».

Agir sur les touches sensitives (+) ou (-) relatives au courant d’excitation pour faire varier la tension.

Par action sur la touche «détails», relever les valeurs affichées puis compléter le tableau suivant:

Induit InducteurCourant à vide Tension à vide Vitesse à vide Tension Courant

I0 = ......... U0 = ......... n0= ......... 200 V ..............

Les résistances Ra de l’enroulement induit et celle de l’enroulement inducteur rex

(mesurées à chaud) sont respectivement : Ra et rexf- Calculer :

Les pertes par effet Joule dans l’induit ………………………………………….................………………………………………………………… Les pertes par effet Joule dans l’inducteur :………………………………………….................…………………………………………………………


152


La puissance absorbée à vide par l’induit ………………………………………….................………………………………………………………… La puissance absorbée à vide par l’inducteur ………………………………………….................………………………………………………………… La puissance totale absorbée à vide par le moteur ………………………………………….................………………………………………………………… La f.c.é.m à vide E’0 ………………………………………….................………………………………………………………… Que représente la puissance à vide (P0) absorbée par le moteur ? ………………………………………….................…………………………………………………………

3- Essai en chargea- Pour charger le moteur, il suffit de mettre en service le frein par action sur le

bouton sensitif correspondant et faire varier la charge en agissant sur les boutons (+) et (-) relatifs au courant frein.

Prendre quelques mesures et compléter le tableau suivant :

I(A) ................ ................ ................ ................ ................

n (tr/min) ................ ................ ................ ................ ................

Tém (Nm) ................ ................ ................ ................ ................

b- Caractéristique du couple Tracer Tém=f(I)

Montrer que cette caractéristique s’exprime sous la forme Tém = K.I ………………………………………….................………………………………………………………… ………………………………………….................…………………………………………………………

................................................

................................................

................................................

................................................

.................................................

.................................................

.................................................

.................................................

.................................................

.................................................0I (A)

Tém (Nm) Interprétation


153


c- Caractéristique de la vitesse Tracer la courbe représentative de la vitesse n en fonction du courant absorbé I

par le moteur pour différentes charges : n = f(I) et interpréter la courbe obtenue.

d- Caractéristique mécanique Tracer la courbe représentative du couple utile Tu en fonction de la vitesse n pour

différentes charges : Tu = f(n) et interpréter la courbe obtenue.

................................................

................................................

................................................

................................................

.................................................

.................................................

.................................................

.................................................

.................................................

.................................................4

1500

0I (A)

n (tr/min)

8 12 16 20

1520

1540

1560

1580

1600Interprétation

................................................

................................................

................................................

................................................

.................................................

.................................................

.................................................

.................................................

.................................................

.................................................1500

4

0

n (tr/min)

Tu (Nm)

1520 1540 1560 1580

8

12

16

20

24

1600

Interprétation


154


ACTIVITÉ N°5: Variateur de vitesse

1- PrésentationLa maquette à réaliser conformément au

schéma structurel ci-contre est destinée à faire varier la vitesse d’un moteur d’une mini perceuse à courant continu alimentée par une tension de 12V.

2- SchémaLe circuit électronique de la carte fait appel

au circuit intégré NE555 pour générer un signal périodique rectangulaire de fréquence fixe et de rapport cyclique ( ) variable grâce au potentiomètre RV1.

3- Le signal PWM est généré par le circuit intégré NE555, dont le montage classique en multivibrateur a été légèrement modifié. La valeur du rapport cyclique est rendue ajustable par le potentiomètre RV1.

4- Interface de sortie :La sortie du NE555 (borne 3) n’est pas en mesure de délivrer un courant suffisant

pour piloter directement le moteur de la mini-perceuse. Le choix du transistor de pouissance s’est porté sur un 2N3055. Ce dernier supporte bien des pointes de courant de plusieurs ampères.

L’appel de courant créé au démarrage d’un moteur est en effet très important par

rapport au courant consommé en régime établi.

C147n

(10n à 100nf)

50%RV1

100k M12VR4

DC 7

Q 3

GN

D1

VC

C8

TR2 TH 6

CV5

U1

NE555

R32K2

R247K

D21N4007

0,3 à 4,7 V

0,2 à 7,4 V

0,0 à 0,6 V

R11 k

D1

+ 12 V

1N4007

Q1NPN

2N3055

M

Fig. 7


155


TRAVAIL DEMANDÉ:

1- Réaliser sur maquette ou plaque d’essais ou par logiciel de simulation, le montage précédent.

2- Agir sur le potentiomètre RV1, que remarque-t-on ?…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3- Fixer la fréquence à la sortie du NE555 à 12Hz.

4- Compléter le tableau en mesurant pour les différentes valeurs du rapport cyclique :

la valeur de la tension moyenne aux bornes du moteur Umoy avec un voltmètre.

la fréquence de rotation n du moteur.

Rapport cyclique 0,2 0,4 0,5 0,6 0,8

n (tr/min) ....... ....... ....... ....... .......

Umoy(V) ....... ....... ....... ....... .......

5- Tracer la caractéristique Umoy

0

6- Vérifier pour 2 points, quelconques de cette caractéristique que la tension moyenne aux bornes du moteur est régie par la relation : Umoy = α.V

..................................................

..................................................

..................................................

..................................................

..................................................

..................................................

..................................................


SYSTÈMES TRIPHASÉS ÉQUILIBRÉS


ACTIVITÉ N°1: Réseau triphasé 157

ACTIVITÉ N°2 : Récepteur triphasé équilibré 159

ACTIVITÉ N°3 : Mesure de la puissance active (méthode 1) 161

ACTIVITÉ N°4 : Mesure de la puissance active (méthode 2) 163


157


ACTIVITÉ N°1: Réseau triphasé

Conditions de réalisation : Il est conseillé de travailler avec la basse tension dans le cas où le laboratoire est

équipé d’un auto-transformateur triphasé.

Prendre les mesures de sécurité nécessaires si l’on travaille avec le réseau triphasé disponible au laboratoire.

1- Compléter le branchement des deux voltmètres afin de mesurer la tension entre la phase 1 et la phase 2 (U12) et la tension entre la phase 3 et le neutre (V3).

2- En respectant les conditions de sécurité, mesurer les tensions entre phases et les tensions entre chaque phase et le neutre et compléter le tableau suivant :

V1 (V) V2 (V) V3 (V) U12 (V) U23 (V) U31 (V)

................... ................... ................... ................... ................... ...................

3- Comparer les valeurs des tensions V1, V2 et V3 entre elles. Comparer aussi celles des tensions U12, U23 et U31 entre elles. Conclure.

…………………………………………………………………………………...................……………………………………………………………………………………………………………............……………………

4- Calculer les rapports des tensions suivants :

5- Comparer ces trois rapports à la valeur . Conclure quant à la relation entre U et V.

…………………………………………………………………………………...................……………………………………………………………………………………………………………............……………………

V V

U12V

Fig. 1

Phase 1

Phase 2

Phase 3

Neutre N

............=U12

V1

............=U23

V2

............=U31

V3

3


158


6- Sachant que les tensions composées d’un système triphasé équilibré sont: des tensions sinusoïdales et déphasées entre elles de 1/3 de période; véri ent les expressions respectives suivantes:

Compléter la construction vectorielle ci-dessous en prenant comme échelle de 50 V/cm.

7- Montrer graphiquement sur la représentation vectorielle ci-dessus que:

8- Sachant que les tensions composées d’un réseau triphasé équilibré sont: des tensions sinusoïdales; déphasées entre elles de 1/3 de période; véri ent les expressions respectives suivantes.

v1(t)= VM .sin(ωt)2πv2(t)= VM.sin(ωt- )34πv3(t)= VM.sin(ωt- )3

Fig. 2

2π3

2π3

2π3

1V

V1+V2+V3=0

u12(t)= UM sin(ωt)2πu23(t)= UM.sin(ωt- )34πu31(t)= UM.sin(ωt- )3

⇒⇒⇒


159


Compléter ci-dessous la construction vectorielle des tensions composées :

9- Montrer graphiquement sur la représentation vectorielle ci-dessus que:

ACTIVITÉ N°2 : Récepteur triphasé équilibré

Conditions de réalisation : Les six extrémités des dipôles du récepteur triphasé doivent être accessibles. Prévoir deux bornes pour brancher un ampèremètre en série avec un dipôle

du récepteur.

1- Cas du couplage étoile de la charge triphasée Compléter le schéma de montage ci-dessous qui permet le couplage en étoile de la

charge triphasée et la mesure du courant de ligne ainsi que le courant dans un dipôle de la charge.

Fig. 3

30° V1

V3

V2

U12

-V2

U12 + U23 + U31 = 0 U = V. 3et que

Cha

rge

triph

asée

équ

ilibr

ée

Fig. 4

L1

L2

L3

N

AE1

I1 J12

S1

E2 S2

E3 S3

A


160


a- En respectant les conditions de sécurité, brancher la charge triphasée au réseau conformément au montage de la question 1. Mettre sous tension et relever les valeurs du courant de ligne ainsi que celle du courant dans un dipôle de la charge triphasée.I1= ……………………………………… ; J12 = ………………………………………

b- Déduire la relation entre I et J. ……………………………………………………………………………………………………

2- Cas du couplage triangle de la charge triphasée :

a- Compléter le schéma de montage ci-dessous qui permet le couplage en triangle de la charge triphasée et la mesure du courant de ligne ainsi que le courant dans un dipôle de la charge.

b- En respectant les conditions de sécurité, brancher la charge triphasée au réseau conformément au montage de la question 2. Mettre sous tension et relever les valeurs du courant de ligne ainsi que celle du courant dans un dipôle de la charge triphasée.

I1= ……………………………………… ; J12 = ………………………………………

c- Calculer le rapport des courants I1 et J12

…………………………………………………………………………………………...................……………………………………………………………………………………………………...................…………

d- Comparer la valeur du rapport trouvée à la valeur . Conclure quant à la relation entre I et J.

…………………………………………………………………………………………...................…………

Cha

rge

triph

asée

équ

ilibr

ée

Fig. 5

L1

L2

L3

N

AE1

I1 J12

S1

E2 S2

E3 S3

A

3


161


e- Représenter, à une échelle convenable, les vecteurs des courants de lignes et vérifier la relation trouvée à la question d.

ACTIVITÉ N°3 : Mesure de la puissance active (méthode 1)

1- Compléter le branchement du wattmètre et du voltmètre sur le schéma de montage suivant :

Fig. 6

RécepteurTriphaséÉquilibré

A

V

WL1

L2

L3

N

I P’

Fig. 7


162


2- Brancher la charge au réseau, mettre sous tension et mesurer le courant I, la tension U et la puissance P’: I = ......................................................................;

U = ....................................................................;

P’ = ....................................................................

3- Calculer la valeur de la puissance active totale absorbée par la charge triphasée.

P = …………………………………………………………………………………………..

4- Déterminer la valeur du facteur de puissance . En déduire l’angle de dé-phasage « ».

…………………………………………………………………………………………...................……………………………………………………………………………………………………...................…………

5- Déterminer la valeur de la puissance réactive «Q».…………………………………………………………………………………………...................……………………………………………………………………………………………………...................…………

6- Déterminer la valeur de la puissance apparente «S».…………………………………………………………………………………………...................……………………………………………………………………………………………………...................…………

7- Représenter, à une échelle convenable, le triangle des puissances.

Fig. 8


163


ACTIVITÉ N°4 : Mesure de la puissance active (méthode 2)

1- Compléter le branchement des deux wattmètres et du voltmètre sur le schéma de montage suivant :

2- Brancher la charge au réseau, mettre sous tension et mesurer le courant «I», la tension «U», la puissance «P1» et la puissance «P2».

I (A) U (V) P1 (W) P2 (W)

....................... ....................... ....................... .......................

3- Déterminer la valeur de la puissance active absorbée par la charge triphasée.

P = ………………………………………………………………………………………………

4- Déterminer la valeur de la puissance réactive «Q».……………………………………………………

5- Déterminer la valeur de la puissance appa-rente «S».………...........……

6- Représenter, à une échelle convenable, le triangle de puissances.

RécepteurTriphaséÉquilibré

A

V

W

W

L1

L2

L3

I P1

I U P2

Fig. 9

Fig. 10


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