Moteur asynchrone alimenté sur le secteur et chargé par une machine à courant continu (J.Beille Version février 01)

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1 Moteur asynchrone alimenté sur le secteur et chargé par une machine à courant continu (J.Beille Version février 01) But du T : Etude des caractéristiques d un moteur asynchrone, d un moteur à courant continu, étude du transfert de puissance. I. Branchement des appareils : A. Moteur asynchrone : a) Câblage du stator : Deux branchements sont possibles sur le réseau triphasé du secteur : 1) alimentation en 1U, 1W, 1V ou 2) alimentation en 2U, 2V, 2W avec court- circuit établi entre 1U, 1V, 1W qui est le point neutre. Le câblage 1) permet d obtenir une vitesse de synchronisme de 1500 tr/mn. Le câblage 2) permet d obtenir une vitesse de synchronisme de 3000 tr/mn. Réaliser le câblage 2). Mesurez au contrôleur la résistance d un enroulement dans ce montage (entre N et la borne 2U par exemple). b) Alimentation du stator : Le moteur asynchrone sera alimenté à travers un contacteur triphasé commandé qui doit déclencher si le moteur chauffe. Faites le câblage de ce contacteur hors tension : connectez le contact thermique à la sécurité thermique (θm) sur la plaque à bornes du moteur asynchrone. Avant de connecter le moteur, branchez un voltmètre entre 2 phases du contacteur commandé. Devant l assistant, mettre sous tension et essayez le contacteur. Mettre hors tension. Connectez le moteur asynchrone. lacez un ampèremètre sur la phase 1 ainsi que le wattmètre W branché en triphasé comme indiqué à l arrière du wattmètre. Faites vérifier le montage. Enclenchez le contacteur triphasé, ce qui entraîne le démarrage du moteur asynchrone. Mesurez au stroboscope le faible glissement à vide. A la fin de l essai, coupez le contacteur pour arrêter le moteur asynchrone. Hacheur : Faire le câblage du hacheur hors tension, consigne à 0, position régulation de vitesse. lacer les contrôleurs U cc, I cc (calibre 10 A), U DT, sur la position courant continu. Faites vérifier le montage. Mettre le verrou sur la position marche et essayez de piloter le moteur à courant continu devant l enseignant. Mettez tout hors tension et le verrou sur la position arrêt. Etalonnage de la dynamo tachymétrique : late-forme 3E (Électricité, Electronique, Electrotechnique) C.E.S.I.R.E. Université J.Fourier Grenoble 1

2 M as hors tension, mettre le hacheur en route et amener la fréquence de rotation aux environs de 3000 tr/mn (15 V aux bornes de la dynamo tachymétrique). Stroboscopez un point du manchon d accouplement sur la position 50 Hz et ajustez la commande du hacheur pour stabiliser ce point : le moteur tourne alors à 3000 tr/mn et vous pouvez en déduire la tension de la dynamo correspondant à 1000 tr/mn. Il est possible que vous n arriviez pas à 3000 tr/mn avec le hacheur seul. Hacheur arrêté, mettre le Mas en route, mettre alors le hacheur sur la position «couple» puis l enclencher et le commander pour ajuster la vitesse à 3000 tr/mn. Vous pouvez alors déduire la constante k de la relation N = k U DT où N est la fréquence de rotation et U DT la tension délivrée par la dynamo tachymétrique. II. Etude des transferts de puissance : Brancher une voie de l oscilloscope sur la résistance de dissipation du hacheur, sur le tableau synoptique (réglage : 20 V, décalibré au maximum sur la droite, zéro de tension complètement en bas de l écran, échelle de constante de temps : 10 ms). Mettre la consigne du hacheur sur régulation de couple, qui sera celle utilisée dans la suite du T, consigne à 0 et mettre le verrou sur marche. Enclenchez le contacteur de démarrage du moteur asynchrone. Augmentez la consigne du hacheur et observez l effet sur la vitesse (U DT ) : a) Dans un sens de la consigne (+ par exemple) la vitesse augmente. Quelle machine fonctionne alors en générateur et quelle en moteur? Observez le signe de la puissance au wattmètre. b) Dans le sens inverse de la consigne (-), la vitesse diminue. Répondez aux mêmes questions. Observez le signe de la puissance au wattmètre. A partir de quelle valeur de I cc y a-t-il apparition d un signal caractéristique au voltmètre? Commentez l évolution du signal quand I cc augmente. Que devient l énergie fournie par la machine asynchrone? c) Détermination des pertes : Le bilan de puissance du moteur asynchrone est le suivant : 1 er essai : Le moteur asynchrone n étant pas alimenté, mettez le hacheur en route sur la position régulation de vitesse. Amenez la vitesse à 3000 tr/mn ou à la vitesse maximum possible (on supposera que les pertes sont proportionnelles à la vitesse). Dans ce cas : our le calcul de u,mcc, on sait que : C u,cc = 0,167I cc 0,06 N.m pour le fonctionnement moteur continu et C u,cc = 0,167I cc + 0,06 N.m pour le fonctionnement génératrice continu. 2 ème essai : late-forme 3E (Électricité, Electronique, Electrotechnique) C.E.S.I.R.E. Université J.Fourier Grenoble 2

3 La consigne du hacheur étant à 0, remettez le moteur asynchrone sous tension. Stroboscopez un point de l axe sur la position 50 Hz. Mettre le hacheur sur la position couple. En agissant légèrement sur la consigne du hacheur (choisir le bon sens, + ou -), amenez la vitesse à 3000 tr/mn. Le glissement est alors égal à 0. Le moteur asynchrone reçoit de la puissance du réseau ( as ) et du moteur à courant continu ( u,mcc ). Faites un relevé des appareils de mesure. our ce point de fonctionnement on propose (expliquez pourquoi) : Déduire des essais précédents méca,mas et fer stator Mas. our les calculs utilisez la valeur de la résistance R mesurée au début. Quand le moteur est chaud, R peut être 15% supérieure, ce qui donne un encadrement des pertes Joules. III. Etude des caractéristiques des moteurs : III.1. Relevé des mesures : a) Un début de démonstration doit être fait par l enseignant. Hacheur alimenté, verrou sur arrêt, mettez en route le moteur asynchrone. Vérifiez que la consigne est à 0 sur régulation de couple. Mettre le verrou sur marche. En agissant sur la consigne, faire varier Icc de 0 à +7 A, retour à 0, puis de 0 à 7 A, retour à 0 (utiliser d abord la consigne + du couple, puis la consigne -). Relevez à peu près un point par ampère pour remplir le tableau suivant (préparez les tableaux d avance et faites les mesures rapidement pour éviter l échauffement du moteur) : as I as U DT I cc U cc Ramenez la consigne du hacheur à 0, mettez le verrou sur arrêt. Coupez le contacteur du moteur asynchrone. b) Devant l enseignant, permuter les 2 phases de la plaque à bornes non utilisées pour le wattmètre. Enclenchez le contacteur : le moteur asynchrone tourne maintenant à tr/mn. Refaire les mêmes mesures que précédemment. A la fin coupez le contacteur triphasé et mettez le verrou sur arrêt. III.2. Interprétations : A) Etude de la machine à courant continu M cc : A partir des relevés expérimentaux précédents, tracez les caractéristiques 4 quadrants de la machine à courant continu U cc (I cc ) pour N ~ et N ~ tr/mn. En déduire R ind et la chute de tension aux balais, e b. B) Etude de la machine asynchrone M as : A partir des mesures précédentes, on peut calculer la puissance apparente absorbée par le moteur asynchrone = 3U I (U app as as as est la tension composée du réseau ~ 400 V), le couple du moteur asynchrone C as, u = C as Ω r. On écrira que C as = C cc. On peut calculer C cc à partir du courant I cc en utilisant les formules rappelées au début du document. On peut calculer : late-forme 3E (Électricité, Electronique, Electrotechnique) C.E.S.I.R.E. Université J.Fourier Grenoble 3

4 le couple électromagnétique C em à partir du bilan de puissance : s s = as J,s fer,s et Cem = (ne calculer que les valeurs demandées plus bas). Ωs as le facteur de puissance cos φ = (ne calculer que les valeurs demandées plus bas). le rendement as app u η = pour M as fonctionnant en moteur et générateur (ne calculer que les valeurs demandées plus bas). our N ~ et N ~ tr/mn, construisez le tableau suivant : as = u η pour M as fonctionnant en as I as U DT N calculée app C as u C em cosφ η Faites les études suivantes : a) Caractéristiques 4 quadrants de la machine asynchrone : Tracez C as (N) dans la partie utile des caractéristiques aux alentours de et de 3000 tr/mn sur une même feuille : prenez 2800<N<3100 tr/mn et 3100<N<-2800 tr/mn. Déduire de vos courbes la valeur du couple nominal utile correspondant à la fréquence nominale de la plaque signalétique. Calculez aussi le couple utile nominal correspondant aux valeurs nominales de la plaque signalétique. Calculez aussi le couple utile nominal à partir de la valeur de C em calculée par le bilan de puissance, en utilisant les pertes mécaniques calculées en II. Déterminez un encadrement du couple nominal calculé, en tenant compte de la précision des appareils de mesure. our le bilan de puissance, on donne la résistance d un enroulement : 38 Ω à froid et 44 Ω à chaud. b) Couple et rendement : our 2800 tr/mn < N < 3100 tr/mn, tracez C u (N) et C em (N). Sur la même feuille et pour les mêmes fréquences tracez η(n) (pour M as générateur η(n)n est défini que pour M as fournissant de la puissance électrique). Discutez les courbes. c) uissance absorbée, courant ligne et facteur de puissance : our 2800 tr/mn < N < 3100 tr/mn, tracez as (N), I as (N), cosφ(n). Commentez les résultats. En particulier, dites quel est le paramètre critique : I as ou cosφ? IV. Caractéristique du moteur asynchrone chargé par la génératrice débitant sur une résistance de charge : late-forme 3E (Électricité, Electronique, Electrotechnique) C.E.S.I.R.E. Université J.Fourier Grenoble 4

5 Le contacteur est coupé et le verrou du hacheur sur arrêt. On déconnecte les câbles d alimentation du Mcc au niveau du hacheur et on les connecte sur la boîte de résistances de charge (R ch ). Toutes les résistances étant déconnectées (R ch infinie), enclenchez le contacteur du moteur asynchrone. Faites les mesures indiquées dans le tableau ci-dessous. Diminuez progressivement R ch en mettant progressivement des résistances en parallèle en commençant par les plus grandes, la machine à courant continue débite dans la résistance R ch. Combinez les résistances. Il faut toujours laisser 11 Ω déconnecté pour que I cc ne dépasse pas 8 A. Relevez le tableau de mesures suivant : as I as U DT I cc Les mesures finies, coupez le contacteur, mettre le verrou sur arrêt, coupez l alimentation du hacheur. Tracez sur la même feuille : C as (N), cosφ(n), η(n). Comparez avec les résultats similaires obtenus par une expérience différente. late-forme 3E (Électricité, Electronique, Electrotechnique) C.E.S.I.R.E. Université J.Fourier Grenoble 5

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