TP N 14 : La génératrice à courant continu DÉROULEMENT DE LA SÉANCE TITRE ACTIVITÉS PROF ACTIVITÉS ÉLÈVES MOYEN DURÉE. Page 1 sur

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1 - - - TP N 14 : La génératrice à courant continu DÉROULEMENT DE LA SÉANCE TITRE ACTIVITÉS PROF ACTIVITÉS ÉLÈVES MOYEN DURÉE Fin du T.P. { 4 heures} Page 1 sur 19

2 Tableau de comité de lecture Date de lecture Lecteurs Observation Remarques rédacteur Date modifications 4 mars 2004 CROCHET David Première écriture et réaménagements mineurs 4 mars 2004 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 30/06/2004) Page 2 sur 19

3 TP N 14 La génératrice 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 19

4 B.E.P. ELEC EP3 MESURES ET ESSAIS MESURES ET ESSAIS DOSSIER PÉDAGOGIQUE TP N 14 La Gén ératrice à courant continu Objectif : - Étudier la caractéristique de rendement de la génératrice à courant continu - - Matériel : - 1 centrale de mesure électrique - 1 Ampèremètre - 1 Voltmètre - 1 Wattmètre - 1 MAS 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 19

5 TP 14 - Étude de la génératrice à courant continu 1. Partie Théorique : Machines tournantes à courant alternatif Un moteur asynchrone triphasé couplé en étoile sur un réseau triphasé 230/400 V 50 Hz, absorbe un courant de 25 A par phase. Les caractéristiques nominales du moteur sont : - Résistance d'un enroulement : 0,25 Ω - n = 970 min -1 - Pertes fer = 380 W - Pertes mécaniques = 400 W - cos ϕ = 0,82 - Pertes joules rotor = 401 W 1.1. Calculer le glissement (g) 1.2. Calculer la puissance active absorbée (P a ) 1.3. Calculer la puissance perdue par effet joule dans le stator (P js ) 1.4. Calculer la puissance utile (P u ) 1.5. Calculer le rendement (η) 1.6. Calculer le couple utile 2. Partie théorique : Étude d'une bobine de contacteur 2.1. Compléter le schéma ci dessous (reproduire le schéma sur la copie) afin de pouvoir mesurer le courant absorbé par la bobine du contacteur et la tension aux bornes de la bobine du contacteur. 24 V ~ 50 Hz A1 A Reproduire le tableau ci-dessous sur votre copie et compléter ce tableau V~ A~ Calibre Échelle k Lecture U [V] Calibre Échelle k Lecture I [A] 30 V 30 div. 24 div. 1 A 100 div. 58 div. Page 5 sur 19

6 2.3. Calculer l'impédance de la bobine d'après les valeurs lues dans le tableau 2.4. Pour mesurer la résistance de cette bobine, donner la nature du courant et de la tension à utiliser Reproduire le tableau ci-dessous sur votre copie et compléter ce tableau V (à compléter) A (à compléter) Calibre Échelle k Lecture U [V] Calibre Échelle k Lecture I [A] 2 V 100 div. 50 div. 1 A 100 div. 52 div Déterminer la valeur de la résistance d'après les valeurs lues dans le tableau 2.7. Calculer le facteur de puissance de cette bobine 3. Partie théorique : Moteur à excitation shunt Un moteur à excitation shunt (excitation dérivation) fonctionne sous une tension de 230 V et fournit une puissance utile de 15 kw en régime établi 3.1. Représenter le schéma de câblage et y indiquer les grandeurs électriques mesurées Calculer l'intensité du courant absorbé par ce moteur sachant qu'il a un rendement global de 0, Calculer les pertes par effet joules dans l'inducteur (P e ) sachant que cela représente 4 % de la puissance absorbée Calculer l'intensité du courant dans l'inducteur Calculer la résistance de l'inducteur 3.6. Calculer l'intensité du courant dans l'induit 3.7. Calculer les pertes par effet joules dans l'induit sachant qu'elles sont égales à 5 % de la puissance absorbée 3.8. Calculer la résistance de l'induit 3.9. Calculer la résistance à monter en série avec le moteur afin que l'intensité au démarrage (le moteur ne tourne pas) ne dépasse pas les 75 A. 4. Partie pratique : Étude en charge de la génératrice à courant continu. Nous allons étudier le comportement de la génératrice à courant continu lorsqu'elle débite sur une charge résistive. Page 6 sur 19

7 4.1. Montage MAS 3 ~ DT Nm G 4.2. Reproduire le montage en y ajoutant les appareils de mesure afin de mesurer : - La puissance active absorbée par le moteur asynchrone (P mas ) - Le courant absorbé par le moteur asynchrone (I mas ) - La tension que l'on fournit au moteur asynchrone (U mas ) - Le courant fournit à la résistance de charge (I ch ) - Le courant absorbé par le circuit inducteur (I e ) - La tension fournit par la génératrice à courant continu (U ch ) 4.3. Préparer le tableau de mesure fourni afin de relevez toutes les caractéristiques possibles : I mas U mas P mas cos ϕ mas P mec η mas I e I ch U ch P ch η géné η montage Avec : - cos ϕ mas étant le facteur de puissance du moteur asynchrone (I mas, U mas, P mas ) - P mec étant la puissance mécanique du montage - η mas étant le rendement du moteur asynchrone (P mec, P mas ) - P ch étant la puissance absorbée par la charge (I ch, U ch ) - η géné étant le rendement de la génératrice (P mec, I e, U ch, P ch ) - η montage étant le rendement global de notre montage (P mas, P ch ) 4.4. Indiquer pour les 6 caractéristiques ci-dessus, la formule qui sera appliquée 4.5. Réaliser le montage ci-dessus (pensez à bien organiser votre montage), sachant que pour la partie alternative, on utilisera la pince énergiemètre multifonction, et pour la partie continue le module Modélec ou appareil de mesure traditionnel Présenter votre montage ainsi que votre méthode de mesure (qui mesure quoi et qui note) 4.7. Effectuer vos mesures (faire varier la résistance de charge) sachant qu'il ne faudra pas dépasser 120 % de la caractéristique nominale du montage. C'est à dire, que pour chaque caractéristique relevée, on arrête dès que le premier à atteint les 120 % du nominal Page 7 sur 19

8 4.8. Tracer les caractéristiques : - η mas, η géné et η montage en fonction de P ch sur une même courbe. - I ch et I mas en fonction de P ch sur une même courbe Commenter vos courbes et expliquer vos observations. Page 8 sur 19

9 I mas U mas P mas cos ϕ mas η mas P mec I e U e I U P Ugéné η géné η montage [A] Formules utilisées : - cos ϕ mas = - η géné = - η mas = - η montage = - P Ugéné = Page 9 sur 19

10 Rendement d'un moteur asynchrone triaphsé Rendement Puissance absorbée Page 10 sur 19

11 B.E.P. ELEC EP3 MESURES ET ESSAIS MESURES ET ESSAIS DOSSIER PROFESSEUR TP N 14 La Gén ératrice à courant continu Objectif : - Étudier la caractéristique de rendement de la génératrice à courant continu - - Matériel : - 1 centrale de mesure électrique - 1 Ampèremètre - 1 Voltmètre - 1 Wattmètre - 1 MAS 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 11 sur 19

12 TP 14 - Étude de la génératrice à courant continu 1. Partie Théorique : Machines tournantes à courant alternatif Un moteur asynchrone triphasé couplé en étoile sur un réseau triphasé 230/400 V 50 Hz, absorbe un courant de 25 A par phase. Les caractéristiques nominales du moteur sont : - Résistance d'un enroulement : 0,25 Ω - n = 970 min -1 - Pertes fer = 380 W - Pertes mécaniques = 400 W - cos ϕ = 0,82 - Pertes joules rotor = 401 W 1.1. Calculer le glissement (g) g = n n n = n 1000 n g = 3 % = 0, Calculer la puissance active absorbée (P a ) Pa = 3 U I cos ϕ = ,82 = 14, Pa = 14,2 kw 1.3. Calculer la puissance perdue par effet joule dans le stator (P js ) 1.4. Calculer la puissance utile (P u ) P js = 2 3 r.i = ,25 25² = 469 P js = 469 W P u = P a P js P jr P f P m = 14, = 12, P u = 12,6 kw 1.5. Calculer le rendement (η). η = 3 P u = 3 P a 12,6.10 = 0,887 14,2.10 η = 88,7 % Page 12 sur 19

13 1.6. Calculer le couple utile P u Pu = C.Ω C = = Ω P u = πn 30 C= 124 Nm 12, π = Partie théorique : Étude d'une bobine de contacteur 2.1. Compléter le schéma ci dessous (reproduire le schéma sur la copie) afin de pouvoir mesurer le courant absorbé par la bobine du contacteur et la tension aux bornes de la bobine du contacteur. A 24 V ~ 50 Hz V A1 A Reproduire le tableau ci-dessous sur votre copie et compléter ce tableau V~ A~ Calibre Échelle k Lecture U [V] Calibre Échelle k Lecture I [A] 30 V 30 div div A 100 div. 0,01 58 div. 0, Calculer l'impédance de la bobine d'après les valeurs lues dans le tableau U 24 Z = = =41,4 I Z = 41,4 Ω 2.4. Pour mesurer la résistance de cette bobine, donner la nature du courant et de la tension à utiliser. Tension et courant continu 2.5. Reproduire le tableau ci-dessous sur votre copie et compléter ce tableau V- (à compléter) A - (à compléter) Calibre Échelle k Lecture U [V] Calibre Échelle k Lecture I [A] 2 V 100 div. 0,02 50 div. 1 1 A 100 div. 0,01 52 div. 0, Déterminer la valeur de la résistance d'après les valeurs lues dans le tableau U 1 R = = I = 1,92 Page 13 sur 19

14 R = 1,92 Ω 2.7. Calculer le facteur de puissance de cette bobine R 1,92 cos ϕ = = = 0,0465 Z 41,4 cos ϕ = 0, Partie théorique : Moteur à excitation shunt Un moteur à excitation shunt (excitation dérivation) fonctionne sous une tension de 230 V et fournit une puissance utile de 15 kw en régime établi 3.1. Représenter le schéma de câblage et y indiquer les grandeurs électriques mesurées. I e I A A U V M 3.2. Calculer l'intensité du courant absorbé par ce moteur sachant qu'il a un rendement global de 0,84 P P u = η P a P a = u = 3 = 17, η 0,84 P a = 17,9 kw 3.3. Calculer les pertes par effet joules dans l'inducteur (P e ) sachant que cela représente 4 % de la puissance absorbée. 4 P e = 4%.Pa = 17, = P e = 714 W 3.4. Calculer l'intensité du courant dans l'inducteur. P e = U e I e I e = I e = 3,11 A P e = Ue =3,11 Page 14 sur 19

15 3.5. Calculer la résistance de l'inducteur U e = R e I e R e = R e = 74,1 Ω U e = Ie 3, Calculer l'intensité du courant dans l'induit P induit = P a P e = UI I = P - P U a e = I = 74,7 A 230 = 74,1 17, =74, Calculer les pertes par effet joules dans l'induit sachant qu'elles sont égales à 5 % de la puissance absorbée 3.8. Calculer la résistance de l'induit 5 P j = 5% Pa = 17, = P j = 895 W j P j = RI² R = 2 P = 2 I 74,7 R = 160 mω 895 = Calculer la résistance à monter en série avec le moteur afin que l'intensité au démarrage (le moteur ne tourne pas) ne dépasse pas les 75 A. U = E + (R + r d ) I r d = U E 0 -R = I 75 R d = 2,91 Ω = 2,91 4. Partie pratique : Étude en charge de la génératrice à courant continu. Nous allons étudier le comportement de la génératrice à courant continu lorsqu'elle débite sur une charge résistive. Page 15 sur 19

16 4.1. Montage MAS 3 ~ DT Nm G 4.2. Reproduire le montage en y ajoutant les appareils de mesure afin de mesurer : - La puissance active absorbée par le moteur asynchrone (P mas ) - Le courant absorbé par le moteur asynchrone (I mas ) - La tension que l'on fournit au moteur asynchrone (U mas ) - Le courant fournit à la résistance de charge (I ch ) - Le courant absorbé par le circuit inducteur (I e ) - La tension fournit par la génératrice à courant continu (U ch ) 4.3. Préparer le tableau de mesure fourni afin de relevez toutes les caractéristiques possibles : I mas U mas P mas cos ϕ mas P mec η mas I e I ch U ch P ch η géné η montage Avec : - cos ϕ mas étant le facteur de puissance du moteur asynchrone (I mas, U mas, P mas ) - P mec étant la puissance mécanique du montage - η mas étant le rendement du moteur asynchrone (P mec, P mas ) - P ch étant la puissance absorbée par la charge (I ch, U ch ) - η géné étant le rendement de la génératrice (P mec, I e, U ch, P ch ) - η montage étant le rendement global de notre montage (P mas, P ch ) 4.4. Indiquer pour les 6 caractéristiques ci-dessus, la formule qui sera appliquée 4.5. Réaliser le montage ci-dessus (pensez à bien organiser votre montage), sachant que pour la partie alternative, on utilisera la pince énergiemètre multifonction, et pour la partie continue le module Modélec ou appareil de mesure traditionnel Présenter votre montage ainsi que votre méthode de mesure (qui mesure quoi et qui note) 4.7. Effectuer vos mesures (faire varier la résistance de charge) sachant qu'il ne faudra pas dépasser 120 % de la caractéristique nominale du montage. C'est à dire, que pour chaque caractéristique relevée, on arrête dès que le premier à atteint les 120 % du nominal Page 16 sur 19

17 4.8. Tracer les caractéristiques : - η mas, η géné et η montage en fonction de P ch sur une même courbe. - I ch et I mas en fonction de P ch sur une même courbe Commenter vos courbes et expliquer vos observations. Page 17 sur 19

18 I mas U mas P mas cos ϕ mas η mas P mec I e U e I U P Ugéné η géné η montage [A] Formules utilisées : - cos ϕ mas = - η géné = - η mas = - η montage = - P Ugéné = Page 18 sur 19

19 Rendement d'un moteur asynchrone triaphsé Rendement Puissance absorbée Page 19 sur 19