TP N 10 : Le Moteur à courant continu DÉROULEMENT DE LA SÉANCE TITRE ACTIVITÉS PROF ACTIVITÉS ÉLÈVES MOYEN DURÉE. Page 1 sur

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1 - - - TP N 10 : Le Moteur à courant continu DÉROULEMENT DE LA SÉANCE TITRE ACTIVITÉS PROF ACTIVITÉS ÉLÈVES MOYEN DURÉE Fin du T.P. { 4 heures} Page 1 sur 1

2 Tableau de comité de lecture Date de lecture Lecteurs Observation Remarques rédacteur Date modifications 11 janvier 004 CROCHET David Première écriture et réaménagements mineurs 11 janvier 004 Quote of my life : Fournir ma contribution aux autres est ma philosophie. Et la vôtre? Si vous avez lu ce T.P. et que vous avez des remarques à faire, n'hésiter pas et écrivez-moi à l'adresse suivante : Ce dossier contient : Crochet.david@free.fr Un dossier élève (pages 4 à -) Un dossier prof (pages - à - ) Un dossier ressource (page - à -) Un transparent (page - ) Adresse Professionnel : Professeur de Génie électrique Lycée Jean GUEHENNO Rue pierre Huet FLERS (Adresse valable jusqu'au 30/06/004) Page sur 1

3 TP N 10 Le moteur à courant continu Niveau : T ale BEP ELEC Lieu : Salle de mesure Durée : 4 heures LIAISON AU RÉFÉRENTIEL Organisation : groupe ½ classe, travail par binôme PRÉ-REQUIS Les élèves doivent être capables : - OBJECTIFS Les élèves devront être capables de : - - Apprendre à (savoir intégré) - Apprendre à (savoir actif) NIVEAU D'APPRENTISSAGE - Active MÉTHODE Page 3 sur 1

4 B.E.P. ELEC EP3 MESURES ET ESSAIS MESURES ET ESSAIS DOSSIER PÉDAGOGIQUE TP N 10 Le moteur à courant continu Objectif : - Étudier le fonctionnement d'un moteur a courant continu - Effectuer des mesures électriques de puissance - Matériel : - 1 Moteur à courant continu - 1 centrale de mesure électrique - 1 centrale de mesures mécaniques Documents : - Formulaire - Cours de techno-schéma - Cours de mesures et essais Secteur : Salle de mesure et d'essais Durée : 4 heures Nom, Prénom : Classe, Groupe : Page 4 sur 1

5 TP 10 - Étude du moteur à courant continu 1. But Le moteur a courant continu sera étudié sur plusieurs T.P.. Nous allons voir les caractéristiques du moteur a courant continu et de son comportement en fonction de sa charge.. Partie Théorique : Transformateur monophasé Un transformateur monophasé est supposé parfait. Il comporte 1600 spires au primaire et 90 spires au secondaire. Z Le secondaire aliment un dipôle inductif de résistance R = 39,8 Ω et d'impédance Z = 53 Ω sous une tension secondaire U = 30 V..1. Calculer la tension au primaire... L'intensité au secondaire.3. L'intensité au primaire.4. La puissance apparente du transformateur.5. Le facteur de puissance de la charge secondaire. Comparer ce résultat avec Z R.6. La puissance active absobée par la charge 3. Partie théorique : Transistor bipolaire et diode Zéner I C I Z R C V Z I B V CE U 1 U R 1 V BE I 1 Sur un montage de transistor NPN et diode Zéner permettant l'alimentation d'une bobine d'un relais au-delà d'un certain seuil de tension de la source U 1. Page 5 sur 1

6 On relève les grandeurs suivantes : - V BE = 0,6 V - V Z = 5,4 V - U = 4 V - β = I Z = 3 ma - I 1 =, ma - R 1 = 73 Ω 3.1. Calculer la tension de la source U Calculer le courant de base I B Calculer l'intensité I C du courant circulant dans le relais 3.4. Calculer la résistance de la bobine du relais RC (on prendra V CE 0 V) 4. Partie théorique : Moteur à courant continu I Un moteur à courant continu à excitation séparée : U U e I e M - Inducteur : I e = 0,8 A ; U e = 190 V - Induit : I = 1,5 A ; U = 60 V Résistance d'induit : r = 0, Ω Vitesse de l'arbre : 1500 min -1 Pertes constantes : P C = 00 W 4.1. Calculer la force contre-électromotrice de l'induit 4.. La puissance absorbée 4.3. La puissance électromagnétique 4.4. La puissance utile 4.5. Le rendement du moteur 4.6. Le couple utile sur l'arbre du moteur 5. Partie pratique : Moteur a courant continu, Pu = f (I), Pa = f(i) 5.1. Proposer la méthode de mise en œuvre pour effecteur les mesures demandées (schéma et mode opératoire). Les appareils de mesure étant les modules MODMECA et MODELEC Page 6 sur 1

7 5.. Pa étant la puissance absorbée totale par le moteur à courant continu, il comporte la partie absorbée par l'induit (avec l'alimentation variable et l'indication voltmètre et ampèremètre de MODELEC). Par contre, pour la partie inducteur, nous ne connaissons que le courant (Ie) absorbée avec l'ampèremètre. proposer une solution qui permet de mesurer la puissance absorbée par l'inducteur 5.3. Préparer un tableau de mesures afin de pouvoir effecteur les courbes demandées (10-11 points de mesures), le courant variant de I 0 (courant à vide) 5 à In Effectuer les mesures 5.5. Tracer les courbes [Pa et Pu sur un seul et même graphique] et commenter-les. Page 7 sur 1

8 B.E.P. ELEC EP3 MESURES ET ESSAIS MESURES ET ESSAIS DOSSIER PROFESSEUR TP N 10 Le moteur à courant continu Objectif : - Étudier le fonctionnement d'un moteur a courant continu - Effectuer des mesures électriques de puissance - Matériel : - 1 Moteur à courant continu - 1 centrale de mesure électrique - 1 centrale de mesures mécaniques Documents : - Formulaire - Cours de techno-schéma - Cours de mesures et essais Secteur : Salle de mesure et d'essais Durée : 4 heures Nom, Prénom : Classe, Groupe : Page 8 sur 1

9 TP 10 - Étude du moteur à courant continu 1. But Le moteur a courant continu sera étudié sur plusieurs T.P.. Nous allons voir les caractéristiques du moteur a courant continu et de son comportement en fonction de sa charge.. Partie Théorique : Transformateur monophasé Un transformateur monophasé est supposé parfait. Il comporte 1600 spires au primaire et 90 spires au secondaire. Z Le secondaire aliment un dipôle inductif de résistance R = 39,8 Ω et d'impédance Z = 53 Ω sous une tension secondaire U = 30 V..1. Calculer la tension au primaire. U N = U1 = U 1 N.. L'intensité au secondaire 1 U N N 1 = U 1 = 400 V = L'intensité au primaire U I = 30 = =4,34 Z 53 I = 4,34 A I I 1 N N = I 1 = 1 N I N 1 I 1 =,50 A 90 4, 34 = 1600 =,50.4. La puissance apparente du transformateur S = U 1 I 1 = 400,50 = 998 S = 998 VA.5. Le facteur de puissance de la charge secondaire. Comparer ce résultat avec Z R Page 9 sur 1

10 R.I 39,8 4,34 = P cos ϕ = = S S 998 cos ϕ = 0,751 39,8 =0,751 R = Z 53 Donc Z R = cos ϕ = 0, La puissance active absobée par la charge P = S cos ϕ = 998 0,751= 749 P = 749 W 3. Partie théorique : Transistor bipolaire et diode Zéner I C I Z R C V Z I B V CE U 1 U R 1 V BE I 1 Sur un montage de transistor NPN et diode Zéner permettant l'alimentation d'une bobine d'un relais au-delà d'un certain seuil de tension de la source U 1. On relève les grandeurs suivantes : - V BE = 0,6 V - V Z = 5,4 V - U = 4 V 3.1. Calculer la tension de la source U Calculer le courant de base I B. - β = I Z = 3 ma - I 1 =, ma - R 1 = 73 Ω U 1 = V Z + V BE = 5,4 + 0,6 = 6 U 1 = 6 V I Z = I B + I 1 I B = I Z I 1 = ,.10-3 = 0, I B = 0,8 ma 3.3. Calculer l'intensité I C du courant circulant dans le relais Page 10 sur 1

11 I C = β I B = 100 0, = I C = 80 ma 3.4. Calculer la résistance de la bobine du relais RC (on prendra V CE 0 V) R C = U V I C CE 4 = R C = 300 Ω = Partie théorique : Moteur à courant continu I Un moteur à courant continu à excitation séparée : U U e I e M - Inducteur : I e = 0,8 A ; U e = 190 V - Induit : I = 1,5 A ; U = 60 V Résistance d'induit : r = 0, Ω Vitesse de l'arbre : 1500 min -1 Pertes constantes : P C = 00 W 4.1. Calculer la force contre-électromotrice de l'induit 4.. La puissance absorbée E = U ri = 60 0, 1,5 = 57,5 E = 57,5 V P a = UI + U e.i e = 60 1, ,8 = = 3, P a = 3,4 kw 4.3. La puissance électromagnétique 4.4. La puissance utile P em = EI = 57,5 1,5 = 3,.10 3 P em = 3, kw P u = P em P c = 3, = 3, P u = 3,0 kw 4.5. Le rendement du moteur Page 11 sur 1

12 η = 3 P u = 3 P a 3,0.10 =0,888 3,4.10 η = 88,8 % 4.6. Le couple utile sur l'arbre du moteur P u P u = C Ω C = = Ω P u = πn 30 C = 19, Nm 3, π =19, 5. Partie pratique : Moteur a courant continu, Pu = f (I), Pa = f(i) 5.1. Proposer la méthode de mise en œuvre pour effecteur les mesures demandées (schéma et mode opératoire). Les appareils de mesure étant les modules MODMECA et MODELEC 5.. Pa étant la puissance absorbée totale par le moteur à courant continu, il comporte la partie absorbée par l'induit (avec l'alimentation variable et l'indication voltmètre et ampèremètre de MODELEC). Par contre, pour la partie inducteur, nous ne connaissons que le courant (Ie) absorbée avec l'ampèremètre. proposer une solution qui permet de mesurer la puissance absorbée par l'inducteur 5.3. Préparer un tableau de mesures afin de pouvoir effecteur les courbes demandées (15-16 points de mesures), le courant variant de I 0 (courant à vide) 5 à In Effectuer les mesures 5.5. Tracer les courbes [Pa et Pu sur un seul et même graphique] et commenter-les. Page 1 sur 1