SCIENCES DE L'INGÉNIEUR TP N 2 PAGE 1 / 6 GÉNIE ÉLECTRIQUE TERMINALE CORRIGÉ

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1 SCIENCES DE L'INGÉNIEUR TP N 2 PAGE 1 / 6 GÉNIE ÉLECTRIQUE TERINALE CORRIGÉ PILOTE AUTOATIQUE : FONCTIONNEENT D'UN OTEUR À COURANT CONTINU À VITESSE VARIABLE ANALYSE THÉORIQUE ANALYSE FONCTIONNELLE Quelle est la fonction du moteur à courant continu dans le système? Le moteur entraîne la tige du vérin. Pourquoi est-il nécessaire que le moteur puisse tourner dans les deux sens? Pour que la tige puisse sortir et rentrer. ÉTUDE PRÉPARATOIRE DU CIRCUIT DE COANDE DU OTEUR On donne le schéma structurel simplifié de la maquette utilisée lors du TP. Ce montage, destiné à réaliser la commande de puissance du moteur à courant continu, est appelé hacheur 4 quadrants (pont en H). +12V (Vcc) R22 R P R21 R29 P2.6 T9 T14 Ve1 0V Ve2 Le pont en H est constitué de quatre transistors OS (,, et ) dotés de trois broches appelées : Grille (G), Drain (D) et Source (S). Ces transistors possèdent un canal N ou P par lequel est assuré le passage du courant entre Drain et Source. La commande du transistor est réalisée par la tension V GS. G V GS CANAL N I D D S G V GS CANAL P I D S D

2 SCIENCES DE L'INGÉNIEUR TP N 2 page 2 / 6 Dans ce montage, les transistors fonctionnent comme des interrupteurs (entre D et S). Ils ont deux états de fonctionnement possibles : bloqué (interrupteur ouvert) ou saturé (interupteur fermé). Déterminer, en justifiant la réponse, la valeur de la tension pour les deux cas de fonctionnement du transistor : Transistor bloqué : = Transistor saturé : = Vcc = +12V Vcc Vcc = +12V 0V I R I R Le courant I qui traverse la résistance est nul : la tension aux bornes de R vaut 0 Le transistor équivaut à un inter fermé sa résistance est nulle et donc la tension à ses bornes aussi (U = R. I) ANALYSE EXPÉRIENTALE FONCTIONNEENT EN RÉGIE STATIQUE (COANDE EN TOUT OU RIEN) Compléter le tableau suivant suivant pour les quatre cas de fonctionnement : Tension des transistors Etat transistors (bloqué /saturé) Cas P2.5 P B S B S ,6-0,35-11,8 0,2-0,2 11,8 B S S B S B S B ,6 0,35-0,2 11,8-0,2 11,8 S B S B Déduire de la mesure des tensions l'état de chaque transistor (à compléter dans le tableau). Indiquer quels sont les cas ou le moteur est à l'arrêt : Cas N 1 et cas N 3 Que valent et quand le moteur est à l'arrêt : et sont nuls quand le moteur est à l'arrêt

3 SCIENCES DE L'INGÉNIEUR TP N 2 page 3 / 6 Compléter le schéma équivalent à chaque cas en remplaçant les transistors par des interupteurs (ouverts ou fermés) : Cas N 1 : Cas N 2 : Cas N 3 : Cas N 4 : Indiquer quels sont les cas ou le moteur tourne : Cas N 2 et cas N 4 Indiquer comment est obtenue l'inversion du sens de rotation : L'inversion du sens de rotation est obtenue en changeant le signe de la tension aux bornes du moteur.

4 SCIENCES DE L'INGÉNIEUR TP N 2 page 4 / 6 VARIATION DE VITESSE PAR LI (ODULATION DE LARGEUR D'IPULSION) A l'aide de la sonde différentielle, relever en fonction du temps pour une période du signal : (V) th = 0,4ms 12V T = 2ms Calculer la valeur de la tension moyenne oy aux bornes du moteur : t (ms) 12 0,4.10 oy = 3 = 12 x 0,2 = 2,4V Compléter le tableau en mesurant pour les différentes valeurs du rapport cyclique α : α 0,2 0,4 0,5 0,6 0,8 oy (V) 2,4 4,8 6 7,2 9,6 N (tr/min) Tracer la caractéristique oy = f (α) : oy (V) ,1 1 Vérifier, pour deux points, que la tension moyenne aux bornes du moteur est régie par la relation oy = α. Vcc : Pour α = 0,2 oy = 2,4 V = 0,2. 12 Pour α = 0,4 oy = 4, 8 V = 0,4. 12 α

5 SCIENCES DE L'INGÉNIEUR TP N 2 page 5 / 6 SYNTHÈSE Alimenter le système réel par une tension continue de 12V. Placer un amperemètre en série pour mesurer le courant. Sur le système réel, Chronométrer le temps de sortie de la tige du vérin : t = 4,2 s En déduire V (la vitesse linéaire de sortie de tige du vérin) : V = d / t = 0,25 / 4,2 = 6 cm/s esurer le courant consommé : le courant est environ égal à 0,9A Calculer la vitesse de rotation du moteur N en tr/min en utilisant la relation établie lors du TP N 1 sur le pilote automatique : (N = V) : N = 0, = 4057 tr/min Calculer la vitesse angulaire du moteur Ω (en rd/s) : Ω = 2π. N / 60 = 425 rad/s En utilisant les équations générales du moteur (données page 8), calculer la fem E correspondant à cette vitesse de rotation : E = k. Ω = 0, = 10,2V Sur la notice technique du moteur, relever la valeur de la résistance du moteur : R = 1,2 Ω En utilisant les équations générales du moteur (données page 8), calculer la tension aux bornes du moteur pour obtenir cette vitesse de rotation : = E + R. I = 10,2 + 1,2. 0,9 = 11,28V Calculer le rapport cyclique α à appliquer pour obtenir cette tension : α = 11,28 /12 = 0,94

6 SCIENCES DE L'INGÉNIEUR TP N 2 page 6 / 6 CARACTÉRISTIQUES TECHNIQUES DU OTEUR ABUCHI RS-775SH Tension d'utilisation () : 24 V Résistance (R) : 1,2 Ω Constante de couple (k) : 0,024 Nm/A Caractéristiques (à vide) : Vitesse de rotation (N) : 8950 (tr/min) Courant () : 0,7 A Caractéristiques (au rendement maximum) : Vitesse de rotation (N) : 7500 (tr/min) Couple (Cu): 0,07 Nm Courant () : 3,3 A Rendement (η) : 69 % Puissance utile (Pu) : 55 W PRÉSENTATION SUCCINCTE DU OTEUR À COURANT CONTINU ODÈLE ÉQUIVALENT Le moteur à courant continu est équivalent à une force électromotrice (fem E) en série avec une résistance interne R (induit) : odèle équivalent : Equations générales : R E = k. W E : fem (V) Ω : vitesse angulaire (rd/s) k : constante de couple (V/rd/s) = E + R E (fem) C = k. C : couple électromagnétique (Nm) : courant dans le moteur (A) k : constante de couple (Nm/A) RELATIONS La force électromotrice (fem E) d'un moteur à courant continu est proportionnelle à la vitesse de rotation. Si la vitesse est nulle, la fem est nulle aussi. La constante de couple k peut être exprimée en Nm/A ou en V/rd/s. Le couple C est proportionnel au courant dans le moteur. Attention : C désigne le couple électromagnétique et n'est égal au couple utile disponible sur l'arbre moteur Cu que si la pertes constantes (pertes par frottement et pertes magnétiques) sont négligées.