Résultats du TP MCC. 1) Etude à vide. n=f(u)

Transcription

1 Résultats du TP MCC 1) Etude à vide U I(mA) E=U-RI F 2 1 1, , ,98 2,71 444,76 37, ,1 3, , ,5 4, , ,7 5, , , ,6 7, , ,2 8, ,2 9, , ,9 1, , ,6 11, , ,9 12, , ,6 13, , ,3 14, , , ,6 16, ,3 17, ,6 18, , , ,1 2, , , , ,8 22, , ,5 23, , ,3 26, ,5 4 n=f(u) On remarque que la vitesse est pratiquement proportionnelle à la tension d'alimentation du moteur. Pour augmenter la vitesse du moteur, il faut augmenter la tension d'alimentation de ce dernier U(V) 1

2 U(V) et E(V) E=f(n) et U=f(n) Cette seconde courbe montre la f.c.e.m. E=U-RI est pratiquement égale à U puisqu'à vide, le courant I reste faible. E est proportionnel à la vitesse de rotation du moteur puisqu'on obtient une droite passant par l'origine. La force contre-électromotrice (f.c.e.m.) E du moteur à courant continu (MCC) est égale à la force électromotrice (f.e.m.) qu'il délivrerait si on le faisait tourner à la même vitesse en l'utilisant en génératrice (GCC). Nous avons pu observer que plus la génératrice tourne vite, plus l'ampoule branchée à ses bornes brille fort. C'est normal, car la f.e.m. E est proportionnelle à la vitesse de la génératrice et le voltage augmente avec la vitesse. 3 I en ma = f(n en tr/min) E=U-RI U Régression linéaire, E=U-RI Régression linéaire, U 25 2 I en ma On remarque sur cette courbe que le courant I n'est pas du tout proportionnel à la vitesse. En effet, dans le cas du moteur, la f.c.e.m. E augmente avec la vitesse et s'oppose de plus en plus au passage du courant. U =E RI donc RI=U E et I = U E R On observe un plateau de l'ordre de 27mA atteint par I qui reste constant et ne dépend plus de la vitesse donc de la tension d'alimentation du moteur dès qu'on a atteint une certaine vitesse (2 tr/min). 2

3 2) Etude en charge U1(V) I1(mA) U2(V) I2(mA) f(hz) P1 P2 PJ1 PJ2 PC Pu Êta moteur Êta génér atrice Tu(N.m) , ,67,58,1,28,28,49 8,47E-4 23,9 47,6 22,4 22, ,83 1,14,51,6,1,28,8,71,64 2,48E ,3 25, ,2,56,6,2,28,86,72,66 2,66E-3 23,9 6,3 21,7 35, ,44,77,9,3,27 1,8,75,72 3,38E-3 23,9 7,2 21,3 45, ,83 1,68,96,12,5,27 1,29,77,75 4,9E-3 23,9 8,2 2, ,83 1,92 1,14,16,7,27 1,49,78,77 4,78E-3 23,9 9,5 2,3 64, ,67 2,16 1,3,2,1,28 1,68,78,77 5,45E-3 23,9 1 19,9 73, ,83 2,39 1,46,25,13,28 1,87,78,78 6,11E-3 23,9 11,4 19,3 82, ,83 2,64 1,6,3,17,29 2,5,78,78 6,82E-3 23,9 12,8 18,8 92, ,33 2,89 1,75,36,21,29 2,24,78,78 7,56E-3 23,9 13,2 18, ,11 1,87,42,25,29 2,41,77,77 8,22E-3 23, , ,83 3,36 2,2,49,31,27 2,6,78,78 8,92E-3 23, , ,17 3,57 2,12,55,36,27 2,75,77,77 9,63E-3 23,8 18,9 15,84 151, ,83 4,31 2,4,8,56,27 3,23,75,74 1,18E-2 23,7 22,7 14,73 173, ,83 4,8 2,55 1,1,74,25 3,54,74,72 1,32E-2 23,7 22,7 13,74 19, ,83 5,23 2,62 1,19,89,26 3,78,72,69 1,44E-2 23,7 249,7 12,28 219, ,67 5,92 2,7 1,53 1,18,26 4,13,7,65 1,65E-2 23, , ,83 6,37 2,68 1,79 1,41,25 4,34,68,62 1,8E-2 23,6 34 9,3 274, ,17 2,55 2,26 1,84,26 4,65,65,55 2,3E-2 23,5 35 6,74 32, ,33 8,23 2,16 3 2,52,27 4,95,6,44 2,33E-2 23,4 47,8 3,38 379, ,5 9,54 1,28 4,7 3,53,33 5,14,54,25 2,79E-2 23,3 45, ,67 1,49,35 4,96 4,36,4 5,12,49,7 2,99E-2 23,4 452,3,51 425, ,33 1,58,21 5,1 4,43,46 5,11,48,4 3,8E-2 23,3 454,5,19 425, ,67 1,59,8 5,6 4,44,51 5,2,47,2 3,6E-2,35 Couple utile en fonction du courant,3,25 Tu(Nm),2,15,1,5, I1(mA) 3

4 La courbe donnant le couple utile en fonction du courant est une droite passant pratiquement par l'origine. Si on néglige le couple de pertes Tp, on rpeut dire que Tu est proportionnel au courant I. Tem = Tu + Tp = KI mais si Tp négligeable devant Tu, alors Tu KI. Cela signifie que plus le couple utile développé par le moteur est grand plus le courant absorbé par le moteur est fort. En d'autres termes, le courant est au moteur électrique ce que le carburant est au moteur thermique, plus le moteur force, plus il consomme du carburant, donc du courant pour le MCC, sachant que le générateur l'alimentant a une tension constante. Il faudra retenir que la tension U et le courant I ont un rôle indépendant et distinct : - Le changement de tension sert à faire varier la vitesse ; - Le changement de courant sert à faire varier le couple utile développé par le moteur ; La tension est commandée par l'utilisateur alors que le courant est absorbé par le moteur en fonction de ses besoins (de l'effort à fournir). Caractéristique mécanique du MCC,35,3,25 Tu(Nm),2,15,1,5, La caractéristique mécanique du moteur montre que plus le moteur force, plus la vitesse diminue, mais dans une proportion relativement faible. La courbe obtenue est une droite ne passant pas par l'origine et de fort coefficient directeur négatif. Si on change U, on obtiendra une droite parallèle à la précédente mais translatée vers la droite (grandes vitesses) quand U augmente et vers la gauche (petites vitesses) quand U diminue. La courbe qui suit montre les puissances en fonction du couple utile. quand Tu augmente, la puissance absorbée P1 augmente presque proportionnellement car P = UI et U est constant et I proportionnel à Tu ; par contre, Pu augmente, mais pas du tout proportionnelement à Tu, elle augmente de moins en moins vite ; cela est dû aux pertes joule qui augmentent très considérablement, car elles sont proportionnelles au carré du cournat, lui même proportionnel au couple utile ; par contre, les pertes constantes sont bien à peu près constantes car elles sont dues aux frottements mécaniques et aux pertes fer qui ne dépendent que de la vitesse de rotation, qui ne varie que peu ; Lorsque le couple utile est faible, Pc>PJ, ce sont les pertes constantes qui l'emportent et les pertes joule sont négligeables devant les pertes constantes. Comme Pu est petit, Pc peut être supérieur à Pu et le rendement du moteur est très faible. 4

5 Puissances et rendement en fonction de Tu 11 Puissances et rendement Régime nominal P1 Pu PJ1 PC 1 êta Régression linéaire, P1 Régression linéaire, PC,,5,1,15,2,25,3,35 Tu(N.m) Lorsque Tu est grand, les pertes joule sont très grandes car le courant est fort, du coup les pertes constantes sont négligeables devant les pertes fer. Au fur et à mesure que Tu augmente, PJ peut devenir supérieur à Pu et le rendement redevient très faible ; Au régime nominal, Pc PJ et ces pertes sont faibles devant Pu, C'est là que le rendement est le meilleur. C'est à ce régime qu'il faut utiliser le moteur.,8 Rendement en fonction de Régime nominal,75,7,65,6,55,5, Vitesse nominale Ce schéma donne une zone de vitesses pour lesquelles, à 24V, le rendement est maximal. Cela correspond bien à ce que nous donne le constructeur : Tension nominale : 24V Vitesse à vide : 32 tr/min Vitesse en charge nominale : 28 tr/min Vitesse à vide 5

6 ,8 Rendement en fonction de l'intensité I1(mA),75,7,65 η,6,55,5,45, Courant à vide Intensité nominale Rendement en fonction de P1 I,75,7,65,6,55,5,45, Rendement en fonction de Pu Puissance d'entrée nominale,75,7,65,6,55,5, Courant nominal de l'ordre de 13mA. Puissance de sortie nominale Puissance d'entrée nominale de l'ordre de 3W (le constructeur donne puissance d'entrée = 4,3W). Puissance de sortie nominale de l'ordre de 2,5 W (mais on peut compter sur 3W) 6